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曝气法是一种高效、廉价和低能耗的污染场地原位修复技术。但当场地地质条件复杂如土体成层、细粒土含量较高时,传统曝气法常出现修复效果不佳、拖尾等问题。因此,研究复杂地质条件下原位强化曝气修复方法的基本规律和内在机理具有非常重要的科学意义和工程应用价值。本文以国家重点研发计划项目(No.2018YFC1802300)和国家自然科学基金课题(No.41672280,41877240)为依托,针对典型的挥发性有机物(VOCs),基于室内一维土柱试验、二维模型试验,对表面活性剂的发泡性和泡沫稳定性、表面活性剂泡沫在二维空间中运移及对地下水性质的影响、泡沫化表面活性剂强化曝气修复效果以及复杂地质条件下表面活性剂和增稠剂联合引导气流强化曝气修复等进行试验研究。论文主要取得了以下研究成果:通过室内一维模型试验研究了表面活性剂种类、表面活性剂溶液浓度、曝气流量对表面活性剂溶液发泡性和泡沫稳定性的影响。研究结果表明,表面活性剂Triton X-100的发泡性和泡沫稳定性比十二烷基苯磺酸钠SDBS更好。SDBS和Triton X-100溶液极限发泡高度最大值分别为39cm和72cm;SDBS和Triton X-100溶液泡沫半衰期最大值分别为850s和2580s。当SDBS和Triton X-100溶液浓度分别为0.2-2.0 CMC和1.0-2.0CMC时,其极限发泡高度都随着曝气流量的增大而增大,分别由2-39cm和34-46cm;当表面活性剂SDBS溶液浓度为0.2-0.8 CMC时,同一浓度条件下其泡沫半衰期随着曝气流量的增加而增加。通过室内二维模型试验,研究泡沫化表面活性剂曝气对曝气影响区、曝气压力与流量关系、气相饱和度、表面活性剂泡沫在二维砂箱中水平方向和竖直方向运移范围、速度以及对地下水表面张力、溶解氧的影响。试验结果表明,在二维模型箱同一粒径玻璃珠中进行泡沫化表面活性剂曝气试验时,曝气影响区面积随着曝气压力的增加而不断增加;四种不同粒径(0.5-1、1-2、2-3和3-4 mm)玻璃珠中泡沫化表面活性剂曝气时,曝气压力与流量拟合关系式为:Q=a*P+b(拟合参数a>0,b<0),且线性拟合的相关系数R~2都大于0.92;二维模型箱泡沫化表面活性剂曝气过程中,气相饱和度与曝气压力、玻璃珠都呈正比;相同粒径玻璃珠、相同曝气时间条件下,泡沫锋面竖直方向运移距离随着曝气压力的增加而增加;不同粒径玻璃珠、不同曝气压力条件下,泡沫水平方向和竖直方向平均运移速度v与时间t呈指数函数关系,函数关系式为v=a*exp(b*t)+c;不同曝气压力下,持续1h的泡沫化表面活性剂曝气使得二维砂箱中水溶液表面张力总体上由上向下、由两边向中间递减,且水溶液中溶解氧含量总体上由上向下、由两边向中间递增,且相同曝气压力、不同粒径玻璃珠中,玻璃珠粒径越大,溶解氧值越高且溶解氧增加的区域也越大。以MTBE作为典型的可挥发性有机污染物,通过室内试验,研究中砂条件下一维砂柱中常规曝气和泡沫化表面活性剂曝气对MTBE浓度变化影响。试验发现,一维砂柱常规曝气和泡沫化表面活性剂曝气过程中,砂柱中MTBE溶液浓度变化规律一致,即砂柱底部、中部和顶部的MTBE溶液浓度降低速度由快到慢;曝气流量都为0.5L/min时,泡沫化表面活性剂曝气24h后,砂柱中MTBE溶液浓度均高于常规曝气时砂柱3个部位的MTBE浓度,当曝气流量都为1L/min时、空气累计连续注入4h后,泡沫化表面活性剂曝气时砂柱底部MTBE浓度小于常规曝气时MTBE浓度,曝气流量都为1.5、2、2.5L/min时、空气累计连续注入6h后,泡沫化表面活性剂曝气时砂柱底部和中部MTBE浓度均小于常规曝气时MTBE浓度;不同曝气压力下,一维砂柱泡沫化表面活性剂曝气过程中MTBE尾气浓度先增加后减小。通过二维模型试验,研究在饱和砂土和玻璃珠中使用增稠剂(SCMC)和表面活性剂(SDBS)联合引导地下水曝气时气体流动规律。试验发现,在均质饱和砂土层中曝气时,气流先向上运动,当气流上方遇到低渗透区时,气体将在低渗区下方汇集,当气体汇集到一定程度后,优先往水平方向运动,气流通道也将分布在低渗透区两侧,然后气流通过低渗区两侧的通道向上运动;此外,对于低渗透区由粒径0.25-0.50mm玻璃珠组成时,在低渗透区两侧使用500mL的10g/L的SCMC溶液和在低渗透区及下方区域使用1L的0.6g/L的SDBS溶液能够有效地引导气流穿过低渗透性区域。