高温气相抽提法处置有机物污染粘土的渗流-传热耦合作用机制研究
批准号:
42067045
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
38.0 万元
负责人:
刘宗辉
依托单位:
学科分类:
工程地质环境与灾害
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘宗辉
中文摘要
高温气相抽提技术是修复城市有机物污染粘土场地的最有效方法之一,其高温加热和负压抽提是一个复杂的热传导和对流传热过程。但由于对修复过程中土体传热特性及演变机理尚未明确,缺乏相应的理论和经验以指导工程设计,导致污染物去除效率和能耗问题一直制约着该技术的推广应用。本项目拟以南宁市河流冲积相有机污染粘土为研究对象,采用室内试验、理论分析、模型试验以及数值模拟等手段,首先研究高温作用下有机污染粘土的热传导与对流传热特性;然后通过微细观试验手段系统研究高温作用下土体结构与物相组成的演变规律,揭示土体热传导与对流传热特性的演变机理;最后围绕土体的气体渗流-传热问题,探索有机污染粘土在高温气相抽提过程的渗流-传热耦合作用机制,并建立相应数学模型和开展数值模拟。该项目的实施不仅可直接为高温气相抽提法修复有机污染场地的优化设计提供理论支持和技术指导,也将为其它高温条件下粘性土工程性质的热效应研究提供借鉴。
英文摘要
High temperaturel vapor extraction is promising approach in remediation of organic-contaminated clayey soil efficiently in cities. Heating and negative pressure extracting of soil are complex processes of heat conduction and convective heat transfer. However, heat transfer performance and evolution mechanisms of clayey soil during the remediation process have not been clarified, yet. Hence, the problems of pollutant removal efficiency and energy consumption hinderwide application of this technology. The research will perform on alluvial-fluvial organic-polluted clay in Nanning, and the heat transfer characteristics of clay will be analyzed by means of laboratory test, theoretical analysis, numerical simulation and model test. Firstly, characteristics of heat conduction and convective heat transfer of organic-contaminated clay will be studied in high temperature condition. Secondly, the evolution law of soil structure and phase composition under high temperature will be studied systematically with microscopic test to reveal the evolution mechanism of heat conduction and convective heat transfer of soil. Finally, the coupling mechanisms of seepage-heat transfer of organic-contaminated clay will be explored during high temperature vapor extraction process, the mathematical models will be established accordingly and numerical simulation will be carried out. This project will provide theoretical support and technical guidance for the optimal design of high temperature vapor extraction remediation of organic-contaminated sites. Besides, it will also provide references for the study of thermal effects of clayey soil engineering properties under other high temperature conditions.
高温气相抽提法(原位热脱附)修复有机污染土时,土体的传热和渗流特性是制约污染物去除效率的关键因素,揭示污染土在高温作用后污染土的渗流和传热特性变化规律,对提高污染土修复效率降低能耗具有一定指导作用。本项目以广西南宁某实际有机污染场地的原位热脱附工程为依托,研究了高温气相抽提修复有机污染粘土的热传导与气体渗流宏观特性,分析了高温环境下有机污染粘性土的土体结构与物相组成演变规律,探索了有机污染粘土在高温气相抽提过程的温度和渗流耦合作用下污染物去除机制。研究结果表明:加热温度超过100℃时,土中水或柴油大量蒸发,导热系数显著降低,柴油污染土在100–400℃时,导热系数先降低后略微提升。水分蒸发与柴油热解是引起土体内部温度场差异的主要因素,在土体温度达到100℃以后,存在一个明显的恒温时间段,加热温度越高,土体水分蒸发速率常数越高,恒温期越短。在相同温度情况下,土体中气体渗流量随抽提压力的升高而增加,但相同抽提压力下,温度越高气体流量越低。温度对土体气体渗透特性的影响与土体孔隙结构和气体粘滞系数相关。加热温度100至600℃区间中的分开加热方式下,土体孔隙率和平均孔径随加热温度提高而增加。数值模拟结果的REV单元体渗透率随着温度升高而提高,孔隙结构中孔喉进一步联通和发育,喉道变宽、迂曲度下降,孔隙内气体流线数量明显增加。抽提作用下不同渗透率土层温度随时间变化存在显著差异,渗透率越大土体温度降低速率越大。温度和抽提压力均能明显提高污染物去除率,二者耦合作用下,污染土壤达到修复标准所需最低温度显著降低,并大幅缩短热解时间。本项目实施可为高温气相抽提法修复有机污染粘土场地的方案优化提供科学依据和技术指导。
高温气相抽提法处置有机物污染粘土的渗流-传热耦合作用机制研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:38万元
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批准年份:2020
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负责人:刘宗辉
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依托单位:
基于Shearlet变换的探地雷达弱信号提取及典型岩溶不良地质非线性识别
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批准号:51708136
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2017
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负责人:刘宗辉
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依托单位:
国内基金
海外基金