[發明專利]用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強化修復過程的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201410155855.1
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103926172A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 伍斌;李慧穎;楊賓;杜曉明;李發生
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊晞

技術領域

本發明涉及環境污染治理技術領域，具體涉及一種用于模擬含水層中DNAPL污染物的表面活性劑強化修復過程的實驗裝置及方法。

背景技術

隨著化工工業的發展，在產品的生產、運輸、存貯和使用過程中，每年有大量的有毒有機物進入土壤和地下水環境中，成為一類重要的污染物質。其中的重非水相液體（DNAPL）密度比水大，常穿透包氣帶進入飽和含水層。在飽和含水層中向下遷移時，遇到粒徑較細的土壤層時可能無法穿透，堆積在其上形成DNAPL聚集區。由于1,2-DCA和PCE之類的DNAPL具有較低的水溶解度和較高的與水之間的界面張力，傳統的抽出處理法對其修復效果不佳，目前采用較多的方法是加入表面活性劑進行強化抽出處理（Surfactant?Enhanced?Aquifer?Remediation，簡稱SEAR）。SEAR技術的原理是通過加入表面活性劑，提高難溶有機污染物在水中的溶解度和移動性，通過設在含水層中的抽取井造成的水力梯度，將污染物混合液抽取到地表進行分離、處理，最后將處理后達標的水外排或重新灌入到地下水中。

運用SEAR技術對DNAPL進行處理，當表面活性劑溶液流經DNAPL聚集體時，可能同時存在增流作用和增溶作用兩種過程。以往的研究大多認為，增流作用可能會造成DNAPL的垂直遷移，使污染羽進一步擴大，因此在選擇表面活性劑時通常追求較高的增溶效果，對于降低油水界面張力的效果大多盡量抑制。為了抑制表面活性劑對DNAPL的增流作用，需要大量的前期實驗來選擇合適的表面活性劑配比。盡管這樣，實際修復過程中加入表面活性劑后DNAPL的遷移擴散很難完全避免。若以增溶原理進行修復，要達到較高的增溶效果一般需要很高的表面活性劑投放量，在高成本的同時還帶來了表面活性劑對土壤的污染和生態風險。此外，場地地下含水層中多孔介質的結構、粒徑與孔徑分布等都對表面活性劑的增溶與增流效果存在影響。因此根據實際場地中的污染物組成和水文地質情況選擇合適的表面活性劑來提高修復效率，減少表面活性劑用量是SEAR技術的重點。

為了對表面活性劑的增溶與增流作用進行評估，修復工程前期需要進行模擬實驗。以往的模擬實驗很多采用一維柱實驗，雖然能較好的驗證表面活性劑的增溶效果，但由于難以直接觀測加入表面活性劑后DNAPL污染羽的遷移情況，對表面活性劑的增流作用及其對修復效率的影響難以進行準確的評估。后來的模擬實驗較多采用二維砂箱，不僅可以模擬地下含水層中的非均質性及其影響，而且能直觀觀測加入表面活性劑后DNAPL污染羽的遷移流動。

現有的二維砂箱實驗裝置存在一些不足，比如抽出液中的污染物沒有經過處理就直接排放，沒有較好的手段方便地測試砂箱中污染物分布面積。Taylor等（Taylor,T.P.;Pennell,K.D.;Abriola,L.M.;Dane,J.H.,Surfactant?enhanced?recovery?of?tetrachloroethylene?from?a?porous?medium?containing?low?permeability?lenses:1.Experimental?studies.Journal?of?Contaminant?Hydrology2001,48,(3-4),325-350.）設計的二維砂箱由無機玻璃板和鋁合金構成，但該裝置缺少循環處理部分和數碼圖像成像分析部分。

國內李隋等（李隋等.表面活性劑強化抽取處理修復DNAPL污染含水層的實驗研究.吉林大學,2008.）設計的含水層實驗裝置是由聚氯乙烯板做成的封閉式矩形槽，具體設計為：滲流槽長為120cm，寬為32cm，高為56cm，兩邊各有寬為6cm的布水空格，隔板上密布有直徑為0.15cm布水孔。槽子正面布有10列6行共60個直徑為2cm的取樣孔。進水孔在槽子正面的左下角，出水孔在另一側面距槽底24cm的位置。該裝置的厚度達到32cm，已經不屬于二維砂箱的尺度范疇，取樣只能通過正面的取樣孔，會對砂箱內的流場產生干擾，且缺少循環處理部分和數碼圖像成像分析部分。