表面活性劑強(qiáng)化原位空氣擾動(dòng)修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究
——影響區(qū)域及氣流分布變化規(guī)律

常月華,姚 猛,趙勇勝 (吉林大學(xué),地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長(zhǎng)春 130021)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,土壤和地下水中的有機(jī)物污染問題日益嚴(yán)重[1-3].原位空氣擾動(dòng)技術(shù)(AS)被認(rèn)為是去除揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)最有效的技術(shù)之一[4-5].該技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、高效率和低成本等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注[6-7].其原理主要是通過向地下環(huán)境注入新鮮空氣,將溶解相和水相污染物轉(zhuǎn)移為氣相,在這個(gè)過程中揮發(fā)性有機(jī)污染物將大量被去除[4,7-8].在此期間,污染物的去除效率受到曝氣流量、空氣飽和度、氣流運(yùn)移方式、影響區(qū)域(ZOI)面積和氣流分布等因素的影響[6,8,10].

胡黎明等研究發(fā)現(xiàn)曝氣壓力和曝氣流量呈線性關(guān)系[6,11].Reddy等[12]和 Ji等[13]研究表明當(dāng)介質(zhì)粒徑0.75mm時(shí)為孔道流,2mm時(shí)為過渡流,4mm時(shí)為鼓泡流.Neriah等[14]和Nyer等[15]報(bào)道稱AS過程中ZOI形狀為錐形[6,8,10,14-15],但其他學(xué)者報(bào)道稱 ZOI形狀為拋物線形[12-13,16-17].Reddy等[17]報(bào)道稱在計(jì)算ZOI面積時(shí),可以認(rèn)為影響區(qū)域形狀為錐形.氣體流量是污染物去除效率的重要影響因素之一.目前為止,大多數(shù)研究者認(rèn)為氣流分布是不均勻的:曝氣井附近的氣體流量明顯大于影響區(qū)域邊緣的氣體流量[13,17].在裝填礫石介質(zhì)的模擬柱中氣泡的流速已經(jīng)可以通過測(cè)量得到,然而氣流以孔道流運(yùn)移時(shí)流速還是未知的[17-18].最近,Kim通過研究發(fā)現(xiàn)一種改進(jìn)的PFM實(shí)驗(yàn)室方法定量描述ZOI內(nèi)氣流分布規(guī)律[19],Song等[8]和Yao等[10]報(bào)道稱ZOI內(nèi)氣流分布是不均勻的,呈現(xiàn)高斯分布.

近幾年,一種新的改進(jìn) AS修復(fù)地下水污染物的方法已經(jīng)被廣泛研究并應(yīng)用在實(shí)際場(chǎng)地,即表面活性劑強(qiáng)化原位空氣擾動(dòng)修復(fù)技術(shù)(SEAS).該技術(shù)有效地減小了曝氣壓力以及增大了 AS修復(fù)影響區(qū)域面積,并且增大了ZOI內(nèi)氣流流速[3,20-24].KIM通過研究發(fā)現(xiàn)表面活性劑的添加增大了空氣飽和度和影響區(qū)域面積(河砂直接觀測(cè)氣流),與傳統(tǒng) AS修復(fù)技術(shù)相比,在曝氣流量為400cm3/min時(shí),ZOI面積增大了5.2倍,同時(shí)表面活性劑采用點(diǎn)投至二維模擬槽中,發(fā)現(xiàn)氣流向表面張力較低的區(qū)域運(yùn)移[24-26];秦傳玉團(tuán)隊(duì)研究表明表面活性劑的添加,增大了空氣飽和度和影響區(qū)域面積(通過測(cè)量溶解氧 DO),進(jìn)而提高了污染物去除速率[20-23].

上述研究主要集中在:(1)AS曝氣過程中影響區(qū)域形狀和面積以及影響區(qū)域內(nèi)氣流分布的定量描述;(2)表面活性劑的投加對(duì)于 AS曝氣過程中影響區(qū)域面積、污染物的去除效率及氣流運(yùn)移的影響.但是對(duì)于表面活性劑的投加對(duì)影響區(qū)域的影響并未找到合適的方法去描述,河砂直接觀測(cè)以及測(cè)量DO并不能準(zhǔn)確地定量描述ZOI的變化規(guī)律;另外采用點(diǎn)投的方式驗(yàn)證表面張力的降低對(duì)氣流路徑的改變,但在真實(shí)場(chǎng)地中,表面活性劑更容易形成區(qū)域(面)而非點(diǎn).因此本實(shí)驗(yàn)選取透明熔融石英砂模擬含水層介質(zhì),采用光透射的方法,準(zhǔn)確形象地描述出表面活性劑的添加,對(duì)于傳統(tǒng) AS曝氣過程中 ZOI的影響,同時(shí)將ZOI內(nèi)氣流分布進(jìn)行定量描述,并對(duì)ZOI內(nèi)氣流分布規(guī)律進(jìn)行探討,為SEAS修復(fù)技術(shù)提供理論指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

自然的含水層不透明性使它很難觀測(cè)到氣流運(yùn)移,因此實(shí)驗(yàn)分別選取了蒸餾水(72.1mN/m)和配置好的 200mg/L的表面活性劑溶液(61.3mN/m)模擬不同表面張力地下水,選取透明熔融石英砂模擬含水層介質(zhì).實(shí)驗(yàn)選取粗砂(0.8～1.0mm)和礫石(3～4mm),如表 1所示.

表1 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)理化性質(zhì)Table 1 Properties of sands used in experiment

實(shí)驗(yàn)選用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS,化學(xué)純)作為陰離子型表面活性劑;表面張力通過QBZY-1型全自動(dòng)表面張力儀測(cè)量得到(上海方瑞儀器有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

AS系統(tǒng)的原理圖如圖1(a)所示.AS系統(tǒng)包含了空氣泵(AP-003;0.027MPa;65L/min);氣體流量計(jì)(LZB-6, 0.06～0.6m3/h,中國余姚公司)和壓力傳感器(0～0.1MPa, 中國 Asmilk 集團(tuán)).

實(shí)驗(yàn)選取了一個(gè)內(nèi)部尺寸為 0.7m(長(zhǎng))×0.5m(高)×0.03m(寬)的二維有機(jī)玻璃模擬槽.在槽子底部中間設(shè)計(jì)了一個(gè)曝氣頭:一個(gè)矩形腔體和頂部的狹縫組成(長(zhǎng) 2cm;寬 3cm;高 2cm;孔隙直徑 5mm).狹縫上部覆蓋了一層鐵絲網(wǎng),防止石英砂進(jìn)入曝氣頭.整個(gè)系統(tǒng)通過PVC管連接.

二維有機(jī)玻璃槽的細(xì)節(jié)和氣體收集裝置如圖1(b)所示[8,10].在模擬槽上部設(shè)計(jì)了有機(jī)玻璃板將槽子分成不同單元.每個(gè)單元是5cm長(zhǎng), 3cm寬, 18cm高.一個(gè)帶有出氣口的蓋子被緊緊地用螺絲固定在槽子頂部.氣密袋與出氣口相連,并被用來收集氣體.氣密袋的體積可以通過排水法測(cè)量.實(shí)驗(yàn)中可以通過在模擬槽后面放置一個(gè)平行光源,繼而用相機(jī)抓拍氣流路徑.

圖1 裝置結(jié)構(gòu)系統(tǒng)Fig.1 Schematic diagram of the experimental setup

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

石英砂裝填的高度為 35cm,在石英砂上層裝填5cm 高的鉛珠(D=3cm,ρ=6.7g/cm3),防止曝氣壓力過大壓裂介質(zhì).將配置好的200mg/L表面活性劑溶液通過蠕動(dòng)泵(流量:0.12L/min)從模擬槽左側(cè) 1號(hào)溢流口注入介質(zhì)中,并由右側(cè)2號(hào)溢流口流出,并記錄此時(shí)的飽水體積,即為孔隙體積.待模擬槽內(nèi)表面活性劑濃度分布均勻,而后停止注入.此過程可以計(jì)算得到模擬槽裝填介質(zhì)的孔隙度.孔隙度的計(jì)算公式:

式中:φ為介質(zhì)孔隙度; V孔為裝填介質(zhì)孔隙的體積; V飽為模擬槽飽水的體積; V總為裝填介質(zhì)占的總體積.

在有機(jī)玻璃槽中設(shè)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn):(1)選取介質(zhì)粒徑為 0.8～1.0mm 的石英砂進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別考慮未投加SDBS和投加濃度為200mg/L的情況;(2)選取介質(zhì)粒徑為 3～4mm 的石英砂進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別考慮未投加SDBS和投加濃度為200mg/L的情況.開始曝氣實(shí)驗(yàn),緩慢調(diào)整流量計(jì)直到有機(jī)玻璃槽中出現(xiàn)氣體,此時(shí)的曝氣壓力即是實(shí)驗(yàn)最小曝氣壓力;繼續(xù)緩慢增大曝氣壓力并保持5min使AS系統(tǒng)達(dá)到平衡此時(shí)用相機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及進(jìn)行氣體收集測(cè)量,實(shí)驗(yàn)中氣體收集過程重復(fù)了3次.ZOI內(nèi)每個(gè)單元的氣體平均流量計(jì)算公式如下所示[8,10]:

式中:Q為單位面積下的氣流流量,cm3/(cm2?s); V為集氣袋收集到的氣體體積cm3; T為氣體收集時(shí)間s; S為集氣單元面積cm2.

2 結(jié)果與分析

2.1 曝氣壓力、曝氣流量和空氣飽和度之間關(guān)系的研究

2.1.1 曝氣壓力和曝氣流量之間的關(guān)系 相同介質(zhì)中不同表面活性劑濃度下的曝氣流量和曝氣壓力關(guān)系如圖2所示.對(duì)曝氣壓力與曝氣流量關(guān)系進(jìn)行線性擬合,擬合參數(shù)如表2所示.由表2可知,擬合的相關(guān)系數(shù)均大于0.9,說明AS曝氣過程中曝氣壓力與曝氣流量呈線性關(guān)系,并且表面活性劑的投加并沒有改變這種關(guān)系.

空氣注入到含水層中,必須克服靜水壓力和毛細(xì)壓力[3,24].因此在試驗(yàn)過程中,開始曝氣以后氣流剛剛穿透含水層瞬時(shí)的曝氣壓力往往要大于理論最小曝氣壓力[6].由圖2可知,當(dāng)未投加表面活性劑時(shí),相同的曝氣流量下,粗砂的曝氣壓力要大于礫石;且當(dāng)曝氣流量從100L/h增大至1000L/h時(shí),曝氣壓力差值的絕對(duì)值由開始的0增大為0.7kPa.原因是粗砂相對(duì)礫石較細(xì),并且相同曝氣流量下粗砂的影響區(qū)域面積要大于礫石,造成了曝氣過程中粗砂介質(zhì)中氣體所需克服的毛細(xì)壓力較大,達(dá)到相同的曝氣流量時(shí)粗砂的曝氣壓力要大于礫石[3],并且隨著曝氣流量的增大,粗砂相對(duì)礫石介質(zhì),所需克服的毛細(xì)壓力越來越大,所需的曝氣壓力也要越來越大.

圖2 曝氣流量與曝氣壓力之間的關(guān)系Fig.2 Relationship of the airflow and air sparging pressure

表2 曝氣流量與曝氣壓力線性擬合方程Table 2 Fitted parameters of airflow rate and sparging pressure

當(dāng)表面活性劑投加濃度為 200mg/L時(shí),在曝氣的初始階段,相同的介質(zhì)和曝氣流量下,表面活性劑的投加對(duì)曝氣壓力的變化影響不大.這是因?yàn)楫?dāng)表面張力改變時(shí)雖然會(huì)對(duì)曝氣壓力產(chǎn)生影響:表面張力減小,毛細(xì)壓力減小.但是在粗砂中表面張力的降低,極大地增大了粗砂介質(zhì)中的影響區(qū)域面積;在礫石中表面活性劑的投加主要作用為穩(wěn)泡,極大地增加了含水層中氣泡數(shù)量.這說明在曝氣初始階段同一曝氣流量下,表面活性劑的投加不一定會(huì)增加曝氣壓力,但能明顯增大空氣飽和度.在礫石介質(zhì)中隨著曝氣流量的增大,表面活性劑的投加,使得相同的曝氣流量下,需要更大的曝氣壓力,且當(dāng)曝氣流量從100L/h增大至1000L/h時(shí),曝氣壓力差值的絕對(duì)值由開始的0增大為0.9kPa.原因可能是隨著曝氣流量的增加,表面活性劑的添加主要起到穩(wěn)泡的作用,增加了礫石中氣泡的數(shù)量,從而所需的曝氣壓力也越來越大.當(dāng)曝氣流量從100L/h增大至1000L/h時(shí),礫石中的曝氣壓力差值絕對(duì)值要大于粗砂介質(zhì),說明相比較孔道數(shù)量的增加,氣泡數(shù)量的增加對(duì)于曝氣壓力的影響更顯著.

2.1.2 曝氣流量和空氣飽和度之間的關(guān)系 不同表面活性劑濃度下,曝氣流量和空氣飽和度的關(guān)系如圖3所示.空氣飽和度是影響污染物去除情況重要參數(shù)之一,實(shí)驗(yàn)過程中記錄了溢流孔排水體積、影響區(qū)域面積等參數(shù),計(jì)算了氣體的平均飽和度,公式如下[3]:

式中:V水是飽水體積mL,即在曝氣過程中測(cè)量的排水體積; V孔是ZOI內(nèi)的孔隙體積,mL; V影是影響區(qū)域體積,mL,由影響區(qū)域面積乘模擬槽厚度得到;φ是介質(zhì)的孔隙度.

從圖 3中可以看出,隨著曝氣流量的增加,空氣飽和度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì).當(dāng)未投加表面活性劑時(shí),相同的曝氣流量下粗砂的空氣飽和度要大于礫石:當(dāng)曝氣流量由 200L/h增加至 1000L/h時(shí),粗砂的空氣飽和度由25.39%增大到38.68%;礫石的空氣飽和度由25.29%增大到35.01%.其中可以看出粗砂的空氣飽和度要略大于礫石介質(zhì).這是因?yàn)橄嗤钠貧饬髁肯?粗砂所需的曝氣壓力要大于礫石,在粗砂介質(zhì)中形成的孔道數(shù)量也較多.當(dāng)表面活性劑投加濃度為 200mg/L時(shí),粗砂和礫石的空氣飽和度則不一定存在絕對(duì)的大小關(guān)系:當(dāng)曝氣流量由 200L/h增加至1000L/h時(shí),粗砂的空氣飽和度由 39.48%增大到46.45%;礫石的空氣飽和度由31.54%增大到46.98%.原因是表面活性劑的添加雖然極大地降低表面張力,減小了毛細(xì)壓力,增加了粗砂介質(zhì)中影響區(qū)域內(nèi)氣流的孔道數(shù)量,從而提高了粗砂介質(zhì)的空氣飽和度;另一方面表面活性劑作為穩(wěn)泡劑,極大地提高了礫石中氣泡的數(shù)量,提高了礫石介質(zhì)中空氣飽和度.從圖中還發(fā)現(xiàn)粗砂介質(zhì)中當(dāng)曝氣流量為 800L/h的時(shí)候,空氣飽和度相較 600L/h時(shí)的空氣飽和度反而降低了.可能的原因是,當(dāng)曝氣流量從 600L/h增加到800L/h的時(shí)候,極大增大了影響區(qū)域面積,而此時(shí)氣驅(qū)替水的體積相對(duì)幅度較小,因此出現(xiàn)空氣飽和度不升反降.

圖3 不同介質(zhì)粒徑中曝氣流量與空氣飽和度的關(guān)系Fig.3 The relationship of airflow rate and air saturation in different particle size of the medium

2.2 影響區(qū)域變化規(guī)律研究

在不同表面活性劑濃度下通過相機(jī)記錄不同曝氣流量的影響區(qū)域變化情況,如圖4所示,圖中發(fā)現(xiàn)影響區(qū)域并不能關(guān)于曝氣點(diǎn)很好地對(duì)稱,可能是因?yàn)槟M槽介質(zhì)中應(yīng)力場(chǎng)很難達(dá)到均勻分布,對(duì)于氣流在含水層的運(yùn)移影響較大;另外在較小的曝氣流量下,氣流運(yùn)移路徑存在一定的偶然性,也難以保證氣流分布均勻.影響區(qū)域的擴(kuò)大由兩方面組成:一是由于氣體受到向上的阻力增大導(dǎo)致其水平方向的擴(kuò)張,二是曝氣角變大[6].隨著曝氣壓力的增大,曝氣角并不是一直變大,存在一個(gè)臨界值,大于這個(gè)臨界值時(shí)繼續(xù)增大曝氣壓力,曝氣角將不再增大[6,10].

圖4 不同曝氣流量下影響區(qū)域照片F(xiàn)ig.4 Photographs of the ZOI under different airflow rate

從圖4可知在粗砂介質(zhì)中,氣流以連續(xù)的孔道流的形式運(yùn)移,在礫石中,氣流以單獨(dú)的鼓泡流的形式運(yùn)移,并且隨著曝氣流量的增大,影響區(qū)域逐漸增大,這與前人的報(bào)道相符[10].在粗砂介質(zhì)中,當(dāng)曝氣流量為200L/h時(shí),從圖中可以看出表面活性劑的投加使得影響區(qū)域面積增大了8.7%,此時(shí)可以明顯觀察到ZOI內(nèi)氣流分布較密,孔道數(shù)量相對(duì)較多,并且從上面計(jì)算的空氣飽和度也可以看出,表面活性劑的添加極大地提高了影響區(qū)域內(nèi)空氣飽和度.當(dāng)曝氣流量增加到800L/h時(shí),此時(shí)可以明顯發(fā)現(xiàn)表面活性劑的添加增大了粗砂介質(zhì)的影響區(qū)域面積,影響區(qū)域面積增大了20.5%;相較200L/h下影響區(qū)域面積增大了75%(未投加表面活性劑)和 94%(表面活性劑投加濃度為200mg/L),這也可以解釋在該曝氣流量下表面活性劑的投加不但未增大ZOI內(nèi)的空氣飽和度,反而使得空氣飽和度減小了.這是因?yàn)橄嗤貧饬髁肯?表面活性劑的添加極大地降低了地下水的表面張力,從而減小了毛細(xì)壓力,雖然使得粗砂介質(zhì)影響區(qū)域面積增大,增加了孔道數(shù)量,但氣驅(qū)替水的體積比例要遠(yuǎn)小于相較增大的影響區(qū)域面積.當(dāng)曝氣流量為1000L/h時(shí),表面活性劑的添加對(duì)ZOI的影響更加明顯,影響區(qū)域面積增大了21.8%,相比800L/h下影響區(qū)域面積增大了8%(未投加表面活性劑)和 9%(表面活性劑投加濃度為200mg/L).這說明,相對(duì)傳統(tǒng)AS修復(fù)技術(shù)來說表面活性劑的投加,極大地提高了空氣飽和度,增加了影響區(qū)域面積,但在同一曝氣流量下,可能存在一個(gè)影響區(qū)域面積快速增加的階段, 該階段使得介質(zhì)中ZOI在增大,但是空氣飽和度反而減小.

礫石介質(zhì)相對(duì)粗砂介質(zhì),因?yàn)槭枪呐萘?氣流并不是連續(xù)運(yùn)移的,相機(jī)照片很難展現(xiàn)出影響區(qū)域面積,但是在實(shí)驗(yàn)的過程中,肉眼是可以觀察到氣泡運(yùn)移范圍,因此在原有照片基礎(chǔ)上進(jìn)行處理,如圖 4所示.從圖 4中可以看出,在曝氣的初始階段,隨著曝氣流量的增大,影響區(qū)域增加.當(dāng)曝氣流量為200L/h時(shí),從圖中可以看出表面活性劑的投加使得影響區(qū)域面積增大了7%,但當(dāng)流量大于400L/h后,此時(shí)可以明顯發(fā)現(xiàn)表面活性劑的添加對(duì)礫石介質(zhì)影響區(qū)域面積的增幅影響并不大.當(dāng)曝氣流量為800L/h時(shí),表面活性劑的添加使得影響區(qū)域面積增大了6.6%;相較200L/h下影響區(qū)域面積增大了2.4%(未投加表面活性劑)和2%(表面活性劑投加濃度為200mg/L),并且隨著流量的增大,在1000L/h的曝氣流量下表面活性劑的添加使得影響區(qū)域面積增大了 5.2%;相較 800L/h下影響區(qū)域面積增大了2.4%(未投加表面活性劑)和 2%(表面活性劑投加濃度為 200mg/L),可以看出相比粗砂,礫石的影響區(qū)域增大非常緩慢.但是表面活性劑的投加,極大地提高了礫石中空氣飽和度.這說明此時(shí)表面活性劑主要是穩(wěn)泡的作用,對(duì)影響區(qū)域面積的影響不大.

圖5 不同表面活性劑濃度下ZOI內(nèi)氣流分布規(guī)律Fig.5 Airflow rate distribution under different sparging at the different concentration of SDBS

2.3 ZOI內(nèi)氣流分布規(guī)律研究

不同表面活性劑濃度下ZOI內(nèi)氣流分布規(guī)律如圖5所示,發(fā)現(xiàn)氣流分布并不能關(guān)于曝氣點(diǎn)很好的對(duì)稱,可能的原因和影響區(qū)域關(guān)于曝氣點(diǎn)不對(duì)稱的原因相一致.由圖 5可知,當(dāng)未投加表面活性劑時(shí),在同一曝氣流量下相對(duì)礫石介質(zhì),粗砂介質(zhì)粒徑更小,影響區(qū)域相對(duì)較大;此時(shí)粗砂介質(zhì)中氣流分布范圍要大于礫石介質(zhì),并且氣流分布曲線相對(duì)平緩.曝氣頭正上方的氣流流量最大,離曝氣頭水平距離越遠(yuǎn),氣流流量越小,呈現(xiàn)高斯分布[8].

圖6 不同表面活性劑濃度下ZOI內(nèi)氣流分布無量綱曲線Fig.6 The dimensionless airflow distribution curves in different sparging at the different concentration of SDBS

當(dāng)表面活性劑投加濃度為200mg/L時(shí),在粗砂介質(zhì)中表面活性劑的投加,使得相同曝氣流量下相較未投加表面活性劑時(shí)增大了影響區(qū)域面積,氣流流量依然呈現(xiàn)高斯分布,但氣流分布范圍增加,氣流分布曲線相對(duì)平緩.在礫石介質(zhì)中表面活性劑的投加,相同曝氣流量下并未明顯增大影響區(qū)域面積,進(jìn)而氣流分布范圍很難看出有所增加,但改變了氣流分布規(guī)律:在相同曝氣流量下,表面活性劑的投加,使得曝氣頭正上方的氣流流量增大,而曝氣頭兩邊的氣流流量相對(duì)減小.這可能是因?yàn)橄鄬?duì)較細(xì)的介質(zhì),礫石中氣流運(yùn)移方式為鼓泡流,表面活性劑的添加對(duì)于礫石介質(zhì)主要作用為穩(wěn)泡,而礫石介質(zhì)中曝氣頭正上方的氣流要遠(yuǎn)大于兩邊,因此表面活性劑的效果則體現(xiàn)的更為明顯,使得曝氣頭正上方的氣流流量增大,而曝氣頭兩邊的氣流流量相對(duì)減小.這說明在 AS修復(fù)過程中當(dāng)氣流運(yùn)移方式為孔道流時(shí),表面活性劑的投加有助于增大影響區(qū)域面積;當(dāng)氣流運(yùn)移方式為鼓泡流時(shí),表面活性劑的添加對(duì)影響區(qū)域面積增大并不明顯,但改變了介質(zhì)中氣流分布規(guī)律.

對(duì)上述氣流流量分布曲線進(jìn)行無量綱處理, 將任意位置的氣流流量Q和最大流量Qm的比值Q/Qm與距曝氣頭的距離D和Q=1/2Qm處的橫坐標(biāo)D1/2的比值D/D1/2作圖.由圖6可知,同一種介質(zhì)和相同表面張力在不同曝氣流量下ZOI內(nèi)Q/Qm與D/D1/2可以統(tǒng)一到一條曲線上來,氣流分布曲線基本上是相同的,這可能由于氣流在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移,類似于一個(gè)浮力射流,包含了水和氣之間的動(dòng)量守恒.說明ZOI內(nèi)的氣流分布規(guī)律與曝氣流量關(guān)系并不明顯,也就是同一種介質(zhì)和相同表面張力在不同曝氣流量下ZOI內(nèi)氣流分布表現(xiàn)出明顯的相似性.

3 結(jié)論

3.1 相同曝氣流量下,同種介質(zhì)中表面活性劑的投加會(huì)增大曝氣壓力.

3.2 表面活性劑的添加極大地提高了粗砂和礫石介質(zhì)中空氣飽和度.這說明相對(duì)傳統(tǒng)AS修復(fù)技術(shù),表面活性劑的投加增加了粗砂介質(zhì)中孔道數(shù)量和礫石介質(zhì)中氣泡數(shù)量,極大地提高了空氣飽和度.

3.3 在曝氣流量一定的條件下,相同介質(zhì)中表面活性劑的投加會(huì)增大曝氣壓力以及影響區(qū)域面積.當(dāng)曝氣流量為 1000L/h時(shí),表面活性劑的添加使得粗砂介質(zhì)(孔道流)ZOI的面積增大了 21.8%,而礫石介質(zhì)(鼓泡流)中只增加了 5.2%的 ZOI面積,此時(shí)表面活性劑主要是穩(wěn)泡的作用.這說明介質(zhì)粒徑越細(xì),表面活性劑的添加對(duì)ZOI面積的增加越明顯.

3.4 同一種介質(zhì)和相同表面張力在不同曝氣流量下 ZOI內(nèi)氣流分布表現(xiàn)出明顯的相似性.表面活性劑的添加使粗砂介質(zhì)中氣流分布范圍變大且曲線相對(duì)平緩,而礫石介質(zhì)中氣流分布范圍不變但曲線相對(duì)陡峭.