原位曝气(in situ Air Sparing,AS)是一种新兴的地下水原位修复技术,主要用于处理可挥发性有机物造成的饱和土壤和地下水污染。本文以被甲基叔丁基醚(MTBE)污染的地下水作为主要修复对象,从理论基础、过程参数、传质影响因素、流体力学等方面对原位曝气的复杂过程进行了系统的研究。由吸附平衡实验确定MTBE在砂土中的液-固吸附等温线为Freundlich关系,并用非线性最小二乘法拟合得到MTBE在生物降解过程中基质最大利用速率、半饱和常数及生物得率。采用间歇实验,确定了MTBE好氧降解的条件:温度25℃;pH值8.5;接种量30%。对被油污染土壤的土著混合菌进行驯化、分离,得到一株降解MTBE的优势菌MTBE-2,根据生理生化实验和16SrDNA测序结果,确定出该菌种为蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)。采用土柱实验,系统地研究了不同操作条件下AS去除地下水中MTBE污染的影响因素。实验结果表明:无生物降解情况下,当曝气流量增加到0.10m~3/h时,去除率达95%,为本操作条件的最佳曝气流量。土壤的渗透率与去除效率有直接关系,渗透率越大,污染物的去除效率越高,渗透率越小则越易产生“拖尾”现象。在高渗透率介质中,间歇曝气与连续曝气二者的去除效果基本一致,而在低渗透率介质中,间歇曝气可以明显改善连续曝气中存在的“拖尾”现象。通过考察不同初始条件下挥发率与生物降解率的大小,确定MTBE由水相向空气孔道中气相的挥发是主要的传质机理。好氧降解微生物的存在,使得通过曝气不能去除的较低浓度MTBE修复的更为彻底。根据污染物在地下水中的状态,提出了包含对流、水动力弥散、相间传质及生物转化等一维AS传质模型。通过比较模型计算结果和土柱实验数据,表明空气饱和度的不均匀分布对修复影响是不可忽略的。本文模型可以正确预测有、无生物降解的一维AS传质过程。在AS动量方程基础上,提出了AS二维流场的数学模型,采用有限元法求解,得到了二维非稳态空气饱和度场、速度场和稳态压力场分布。结果显示空气饱和度随着曝气时间和距曝气井位置的不同而变化,在曝气5小时左右,流场区域稳定。