四氯乙烯(PCE)是地下水中最常见的一类有机污染物,其在含水层中聚积与赋存,难以溶解、移动或脱附。虽然表面活性剂强化冲洗技术能够通过胶束增溶和降低界面张力提高污染物的流动性,在一定程度上实现了强化去除的效果,但含水层介质固有的空间异质性造成的冲洗液迁移过程中的“孔道流”、“优先流”等现象仍无法避免,导致修复周期长、效果差、反弹等问题。胶态微泡沫(Colloidal gas aphrons,CGAs)是气体和液体混合而成的多相分散体系,易变形、具有流动性,且具有非牛顿流体的性质,可以进入大小不同的介质孔隙,在介质中分布更为均匀,有效地避免了孔道效应等问题。本研究利用CGAs冲洗技术来提高PCE在地下水中的溶解性和流动性,提高污染物迁移通量,强化去除效果。首先通过一系列静态实验探究了代表性表面活性剂十二烷基硫酸钠、茶皂素和α-烯基磺酸钠的表面活性,以及其产生的CGAs的稳定性,并对影响CGAs稳定性的主要因素进行了分析。结果显示α-烯基磺酸钠在泡沫性能及地下环境活性等方面展现出的综合性能最好,使用其来产生CGAs用于冲洗NAPL污染含水层。其次通过模拟柱和模拟槽实验探究了CGAs在含水层中迁移时的气液两相运移特征,体系压力的时空分布及规律以及CGAs注入速率、表面活性剂浓度和介质条件等因素对CGAs迁移分布规律的影响。最后综合评估了CGAs对PCE污染均质和非均质含水层的修复效果。所得主要结论如下:(1)CGAs稳定性能研究CGAs可通过高速搅拌表面活性剂溶液制得,气泡大小为微米级(直径为10~100μm),形状呈规则的球形,液膜较厚,气泡彼此间距较大,排列均匀。以AOS为例,在搅拌转数为4000~5000 r/min时的CGAs具有较好的稳定性;当表面活性剂浓度大于CMC时,CGAs稳定性较好,在实验浓度范围(CMC~67CMC)内,稳定性随表面活性剂浓度增大而增强;CGAs具有比普通泡沫更好的稳定性,在排液过程中逐渐向普通泡沫转化;PCE对CGAs稳定性有不利影响。(2)CGAs在含水层中的迁移分布特征研究(1)CGAs在含水层中迁移,不断破裂并气液分离形成泡沫液和泡沫气体,泡沫液在CGAs迁移锋面前端分布,泡沫气体在泡沫液上方聚集,在CGAs推流下一同向前迁移。被CGAs迁移覆盖后的区域的体系压力会增大,且体系压力随CGAs迁移距离增加而增大。注入速率越大,CGAs迁移体系的注入压力增长率越大;介质渗透性越差,CGAs迁移体系的注入压力越大。(2)在单侧单点注入条件下,CGAs波及区域形状呈近似半圆形,迁移锋面相对规则;迁移过程中由于受浮力作用影响会出现CGAs在纵向向上迁移距离大于向下迁移距离的“向上漂移”现象。表面活性剂浓度对CGAs的迁移分布影响较小;注入流速低或介质渗透性差,CGAs均会在迁移后期出现明显的“向上漂移”现象,同时其波及区域形状逐渐由半圆形趋向于半椭圆形,且CGAs在水平与纵向的迁移距离比逐渐增大;恒定流量注入CGAs,其在含水层中的波及面积存在最大值。相对传统的液相冲洗液,CGAs受介质非均质性影响较小,在非均质含水层中迁移分布较为均匀。(3)CGAs冲洗PCE污染含水层的修复效果研究和液体冲洗相比,CGAs冲洗对PCE的增溶增流效果明显,对PCE污染含水层的修复效果显著,CGAs冲洗粒径为0.5~1.0 mm、0.25~0.5 mm和0.1~0.25 mm的均质含水层,PCE去除率分别为98.2%、90.8%和83.7%。CGAs冲洗可以高效去除非均质含水层中渗透性较低的透镜体内的PCE污染,且未发现增流作用导致PCE下沉、污染羽扩大的情况。CGAs冲洗PCE污染非均质含水层的去除率达到91.3%,其中液相去除率为68.7%,气相去除率为22.6%。去除机制中约3/4为表面活性剂的增溶作用和增流作用,约1/4为泡沫气体的挥发作用。