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可渗透反应格栅(Permeable Reactive Barrier,PRB)是一种新兴的地下水原位修复(in situ remediation)技术,能够有效去除地下水中各类污染物质。本文首先建立污染物在土壤—地下水环境中迁移转化基本控制方程,并针对所提出的生物固定化双层PRB结构设计,从过程参数、相间传质、生物降解和流体力学等方面对地下水中甲基叔丁基醚(MTBE)的复杂修复过程进行了系统研究。由吸附平衡实验确定了MTBE在不同粘性土壤中的吸附行为为线性关系;通过土柱弥散实验计算得到MTBE在夹砂粉质粘土中的弥散系数和阻滞系数,由阻滞系数仅为1.004可知土壤对MTBE几乎没有任何截留和净化能力。用渗透仪获得微生物固定化载体—膨胀珍珠岩的渗透特性;通过静态间歇实验确定了MTBE在膨胀珍珠岩中的吸附规律符合Freundlich模型,且为一吸热过程,能够自发进行;采用摇瓶振荡法,确定了MTBE好氧降解条件:温度20～25℃、pH8.0、接种量1∶10(V/V)。对过氧化钙(CaO2)释氧过程中的pH调节表明,一定配比的KH2PO4和(NH4)2SO4可将pH值控制在6.5～8.5范围;电气石和饱和区土壤作为辅助调节手段可减少缓冲剂用量,避免地下水二次污染;通过测定混合菌的生长曲线,确定CaO2及其相应配比的培养基能够满足好氧微生物的新陈代谢需要。采用土柱实验研究了MTBE在双层PRB系统中的去除过程。通过对pH、溶解氧(DO)、MTBE和叔丁醇(TBA)的浓度监测发现,释氧材料层能够为系统中微生物提供足够的DO含量和适宜的pH环境;固定有微生物的降解层不仅可以去除模拟地下水中的MTBE,其降解产物TBA经历一段积累期后也进一步发生了降解。根据污染物在地下水环境中迁移转化基本控制方程,建立了包含对流、水动力弥散、相间传质及生物降解作用的一维PRB传质模型。通过比较模型计算结果和土柱实验数据,表明本文模型能够描述实验室的PRB修复过程。基于连续性方程和多孔介质流体动量方程及MTBE迁移转化模型,采用有限元方法求解,对PRB系统捕获区宽度的各种影响因素、MTBE在PRB系统及其附近区域的浓度分布场进行了二维模拟。模拟结果可用于指导现场PRB及其附属设施的设计、安装以及地下水修复效果的正确评价。