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2 SVE研究进展
2.1SVE理论进展
SVE理论研究主要集中在去污过程中污染物的运移、相间传质、现场数值模拟等方面。污染物的运移主要考虑气相中的压力诱导对流和扩散两种形式。Marley等先后提出并发展了局部相平衡理论,但事实证明局部相平衡假设太过简单化,实际传质过程中必须考虑非平衡的因素。Wilkins等提出了非平衡传质模型,很好地估算了气相与NAPL相间的传质系数。Armstrong等在不含NAPL的模拟实验中对气-液(水)传质和液(水)-固传质系数的影响进行了评价,表明挥发动力学是整个SVE过程的主要控制因素。周友亚等模拟表明:在通风初期相平衡模型能够很好地描述实验结果,随着时间的推移,相平衡模型的预测曲线逐渐偏离数据点,到了通风中后期,只有动力学模型才能较好地描述和预测实验结果。Johnson等将压缩流体动力学应用于SVE修复模型,建立了一维轴对称渗流流场的解析模型,较完整地实现了现场条件下的抽提真空度、抽气流量和Darcy流速等方面的定量模拟。黄国强等采用GaIerkin三角形有限单元法对复合地表边界的竖井SVE稳态流动问题进行了数值模拟分析,再采用一个稳定的交替方向有限差分(ADI)解出传质微分方程,实现了多维情况下竖井SVE修复的完整模拟过程。Rathfelder等利用多相流动过程、多组分输运、非平衡相间传质及好氧生物降解相结合的MISER软件模拟了现场SVE过程,探究了物理、化学和生物过程间的相互作用及以上过程对污染物去除效率的影响。
2.2SVE 应用进展
SVE在国外比较成熟,至今已有大量的工程应用实例。20世纪80年代初,德克萨斯研究院首先通过实地调查,说明SVE是一种高效的去污技术,其成本不及土壤挖掘法、清洗法的10%,速度却是以上两者的5倍以上。1984年美国Terravac公司申请并获得了该技术的第1项专利。1988年美国犹他州某空军基地因航空发动机燃料泄漏造成0.4×104m2、深度为15m的土壤污染,土壤中石油烃(TPH)浓度最高达到5000mg/kg,经SVE处理后,其浓度可降至410mg/kg。90年代后SVE发展迅速,到1997年,全美已有27%“超级基金”地点应用SVE技术,许多州还把它作为去除土壤中VOCs的一种标准方法。欧洲、澳洲、加拿大、日本、印度等地也先后进行了与SVE修复有关的研究和应用。Manneol等在巴西某氯代溶剂污染的工业场地应用SVE进行设计、监测和修复效果方面的研究。截至2005年,在美国已修复的1104个污染场地中,SVE已应用于其中的248个,列于首位。近年来,SVE又开始深入到生物修复和地下水修复等多学科领域,日益受到重视。
我国对SVE的研究起步较晚,20世纪90年代中期才开始进行,目前主要处于室内实验和现场中试实验阶段,在工程应用上缺乏实践经验。李金惠等以华北地区典型土壤为实验土样,通过一维土柱实验,研究了抽排气体流速、土壤含水率和土质对油污染物去污过程的影响。王喜等依据VOCs浓度变化将SVE过程划分为高效去除阶段和低效率的拖尾阶段。王玉通过在北京市某焦化厂进行了SVE现场实验,监测了系统运行的土壤气相压力变化,求取了土壤透气率和抽气影响半径。刘沙沙等在广东省某柴油污染场地开展了SVE修复示范工程,3个多月后,土壤中TPH的最高去除率达64.88%。
3 SVE 的影响因素
3.1土壤透气率
土壤透气率是表征气体穿过土层难易程度的参数,是影响SVE效能最重要的土壤因素,主要由土壤颗粒的粒径分布、孔隙度、含水率及空间向异性等因素综合决定。SVE主要适用于渗透性较高的土壤,对于渗透率大于10-6cm2的砂土尤为适用。Wilkins等对各种土壤进行了综合SVE测试,测量了不同土壤的VOCs抽排速率和土壤气相透气率张量值,对土壤透气率做了定量描述。周友亚等研究了不同土质对苯污染土壤去污过程的影响,结果表明具有最大孔隙率的北京潮土净化时间最短。Frank和Ding等的实践证明,现场可用气压和水压装置改变土壤内部结构,以提高土壤透气率,去除更多VOCs。
3.2土壤含水率
土壤含水率也是影响SVE修复效果的重要因素。一方面土壤水分会占据土壤孔隙通道,含水率升高会降低土壤透气率,不利于污染物的挥发;另一方面,水分子极性一般强于VOCs,更易与土壤的有机质结合,含水率增加会降低土壤微粒对有机物分子的吸附程度,促进挥发过程。Yoon等研究了一维条件下,含水率对SVE修复过程中NAPL相向气相转化的影响,结果表明在土壤含水率为61%时,液气传质过程受到很大限制,且很快会出现拖尾现象。Qin等对2种不同的土壤进行了SVE实验,在有机质含量为0.4%的土壤中,含水率增加会降低氯苯去除率;但在有机质含量为5.4%的土壤中,氯苯去除率随含水量的增加先增大后减小。
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