NAPLs污染土壤的表面活性剂泡沫淋洗增强机理研究

Surfactant flushing has proven to be a popular means for remediation of contaminanted soils by NAPLs. However, the liquid solution flushing haves the limitations of channeling effects, which results in the lower removal efficiency, and difficulty in solution migration control, which results in spreading of contaminated zone. Surfactants can be used to create foams. The surfactant foam injection will enhance the flooding efficiency of surfactant flushing, resulting in higher removal efficiency. Currently, the study on enhanced mechanisms of foam flushing in contaminated soils was not systematic. Therefore, this project intends to carry out batch experiments, column/tank experiments, using micromodels combined with the visual image acquisition system to investigate: the controling effect on foam stability and related mechanisms; the foam migration and distribution characteristics in homogeneous and heterogeneous soils; the effect of foam injection on hydrogeologic parameters in contaminated soils; the relationship between foam characteristics parameters and removal efficiency in different meidia conditions, polluted conditions and flushing behavior respectively. Then, the enhanced mechanisms on the NAPLs contaminated sites remediation by foam technology was analysed; the effect of foam technology on remediation performance was also comprehensively evaluated. The findings of this project can serve as theoretical bases for efficient and rational application of surfactant foam technology in contaminated sites.

原位表面活性剂淋洗技术是去除土壤中NAPLs污染物的常用方法，但其淋洗液在土壤中易产生孔道效应，导致淋洗效率降低；且淋洗液迁移较难控制，易使污染范围扩大。改进的表面活性剂泡沫淋洗技术通过表面活性剂溶液形成泡沫，利用泡沫状的气-液混合体作为淋洗剂代替传统的液相淋洗液对污染土壤进行淋洗，有效解决了传统的液相淋洗过程中的问题。目前国内外对泡沫淋洗的增强修复机理尚未完全掌握，因此本课题拟通过批次实验，柱、槽模拟实验，利用微观仿真模型，结合可视化图像采集系统，研究影响泡沫稳定性的主要控制因素及影响机理；明确泡沫淋洗液在均质和非均质土壤中运移分布的时空变化特征；分析泡沫注入对区域水文地质参数的影响；建立在各种介质类型、污染情形和淋洗方式下，淋洗液性质参数和修复效率之间的响应关系；揭示表面活性剂泡沫淋洗的增强机制及对淋洗修复效能的影响。研究成果可为原位泡沫淋洗技术的高效、合理使用提供理论依据。

表面活性剂泡沫淋洗可以有效解决传统淋洗技术的弊端，大幅提高土壤污染修复效果，具有广泛的应用前景，但有关其机理研究尚不系统和深入。本项目选择硝基苯作为目标污染物，通过静态批次实验，一维柱和二维槽动态模拟实验，分别开展了如下方面的研究：.在泡沫稳定性影响因素研究方面，选择SDS、SDBS、Triton X-100为代表性表面活性剂，详细分析了表面活性剂种类、浓度对泡沫稳定性的影响；探讨了泡沫质量（气液比）对泡沫排液性能的影响，并对比了普通泡沫和胶态微泡沫的微观结构差异，进而综合分析了泡沫结构形态对其稳定性的影响机制；最后研究了非水相液体污染物影响泡沫稳定性的规律。.在泡沫淋洗液在土壤中的运移分布特征研究方面，发现了泡沫气体锋面、泡沫液体锋面与泡沫主体锋面在多孔介质中的迁移是不同步的，其迁移速度为气体锋面>液体锋面>泡沫锋面；探究了泡沫迁移过程中介质体系的压力空间分布，发现压力的产生主要发生并均匀分布在泡沫覆盖区域；还详细分析了介质渗透率、泡沫注入速率、泡沫质量对注入压力的影响；通过可视化的二维模拟实验，对比了不同的淋洗液种类（水、表面活性剂溶液、泡沫）在均质及非均质土壤中的迁移规律，发现泡沫的注入不仅有效增大了淋洗液在多孔介质中的波及效率，更强化了流体在水平方向上的迁移，特别是泡沫提高了淋洗液在非均质介质中分布的均匀性。.在泡沫淋洗对硝基苯污染土壤的修复效能方面，研究对比了不同的淋洗液种类对污染土壤的修复效率，在此基础上分析了泡沫注入速率、泡沫质量以及介质粒径对污染土壤修复效率的影响并对污染物去除机理进行探究。结果表明，泡沫淋洗对于土壤中NAPL污染物的去除具有明显优势。.在本项目的资助下，申请人以第一作者或通讯作者的身份在国内外学术期刊发表学术论文12篇，其中SCI 6篇，EI 6篇，并且授权了发明专利一项。项目培养了博士、硕士研究生各一人。