SVE在污染场地土壤修复中的应用

我国土壤污染情况越来越严重,受到广泛关注。在目前污染场地的修复过程中土壤气相抽提技术SVE属于应用比较广泛的一种技术,由于其在实际应用过程中的操作相对比较简单,成本低、对周边环境影响小,而且具有极高的应用效率,当前已经普及应用在各类挥发性有机污染场地的修复过程中。介绍了SVE的技术概况、修复效果的影响因素、主要适用情况、强化技术和装备等。

气相抽提法(SVE)去除土壤中挥发性有机污染物的试验研究

通过模拟土壤气相抽提技术(Soil Vapor Extraction,SVE)通风处理甲苯、乙苯、正丙苯混合污染的黄棕壤,研究了不同通风流量、不同土壤含水率、间歇通风等因素对目标污染物去除率的影响。结果表明,通风流量和含水率是影响去除率的重要因素。当柱径14 cm、土壤粒径为10目连续通风时,最佳通风流量为0.15 L.min-1,最佳含水率约17.98%条件下,甲苯、乙苯、正丙苯的去除率分别为99.84%、99.45%、98.25%,总挥发性有机物(Total VOCs,TVOCs)去除率达到了99.30%,且优于间歇通风;含水率为6.01%、24.73%时,TVOCs的去除率仅为63.03%、89.03%,表明含水率过高或过低都不利于VOCs的去除;苯环上支链越长,分子量越大,沸点越高,越难以被脱附去除,反之亦然,表明有机物的分子结构和大小也是影响通风效果的重要因素。

土壤气相抽提(SVE)技术研究进展

土壤气相抽提(SVE)是石油类土壤及地下水污染修复工程中广泛采用的原位治理技术。本文主要介绍了SVE技术的影响因素、系统设计、运行机理以及现场监测,阐述了SVE技术及其理论进展。最后展望了该技术的应用前景。

土柱通风法模拟SVE去除土壤中三氯乙烯的实验研究

采用土柱通风法模拟土壤气相抽提(Soil Vapor Extraction,SVE)对土壤中的挥发性有机物三氯乙烯进行了实验研究.通过在不同时间段对三氯乙烯的气相浓度进行监测分析,得到气相浓度随时间的变化.通过研究三氯乙烯在土壤系统中的迁移转化行为,建立了有机污染物在一维稳态情况下的平衡传质模型和非平衡传质模型,并根据实验结果,对模型进行了验证.理论模型与实验结果吻合良好.实验结果和模型模拟结果均表明,土壤中的污染物大部分在通风前期被去除,在通风中后期的去除效果并不明显.因此应该采用不同的理论来解释SVE过程的不同阶段.

介质非均质性对蒸汽强化SVE法修复TCE污染影响的二维土箱模拟研究

蒸汽强化SVE法(Steam Enhanced Extraction)是一个新近发展起来的并具有较好应用前景的土壤包气带非水相液体(NAPLs)污染修复方法,是把蒸汽和空气的混合气体注入污染土壤促进污染物的挥发,利用气流将土壤中污染物带出的技术。其实质是在人为施加的工程条件下非饱和多孔介质中NAPLs的运移转化过程。介质非均匀性影响着NAPLs去除过程,对NAPLs去除效率存在一定的影响。本研究选取三氯乙烯(Trichloroethylene, TCE)为典型污染物,采用不同质地的石英砂(粗砂、细砂和粉砂)模拟介质非均匀性,通过二维土箱气体模拟实验,分析介质非均质性对蒸汽强化气体抽提修复中TCE去除效率和去除过程的影响。结果表明:蒸汽强化SVE法较好的改进了SVE法去除过程中的“拖尾”现象。粗砂实验、细砂实验、粉砂实验的去除率分别为89.5%、88.2%、85.2%,受介质非均质的影响,细砂、粉砂区域的气体通透性降低,气体流经该区域出现“绕流”现象,从而减少了TCE随空气的去除量。同时介质非均质性影响实验进程中热量的传递,使热在非均质砂土中前进不均匀,进而影响TCE的去除过程,降低其去除效率。在细砂实验和粉砂实验里,均出现污染羽积累与下渗的现象,进一步降低了TCE去除效率。

SVE方法在煤矿安全设备采购中的应用

针对采用定性分析方法难以得出煤矿安全设备最优采购方案的问题,提出了一种基于安全价值工程的煤矿安全设备采购方法,并以某煤矿企业采购瓦斯抽放泵站为例介绍了该方法的决策过程:首先采用0～4强制打分法确定待选产品各项功能指标的权重并计算权重系数,然后由专家采用10分制法对待选产品满足各项功能指标的程度进行打分,根据打分结果和权重系数得出待选产品的安全价值系数,安全价值系数最大的产品即为最优采购方案。该方法为煤矿企业科学合理地采购安全设备提供了参考。

基于ARM SVE的FFT算法向量化研究

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)是信号处理、图像处理等领域的重要研究工具.可伸缩向量扩展(Scalable Vector Extension,SVE)是ARM处理器推出的基于ARMv8-A体系架构的新一代SIMD指令集,支持位宽为128位-2048位的向量寄存器和向量长度无关(Vector Length Agnostic,VLA)编程模型,具有很好的数据并行性和软件可移植性,适用于高性能计算、机器学习等领域.目前基于ARM SVE的FFT算法的研究尚未充分挖掘其架构特性和计算资源,本文针对数据规模为2的幂次的一维复数FFT,结合SVE谓词驱动的循环控制、非线性访存、复数运算等特性对算法做出了改进.实验结果表明,与FFTW库基于NEON的向量化实现相比,本算法性能有明显提升,在向量长度为1024位时,平均性能提升5.83倍,最高性能提升9.22倍.

竖井SVE修复有机污染土壤的数值模拟分析

采用Galerkin三角形有限单元法对复合地表边界的竖井土壤气相抽提 (SVE)稳态流动问题进行了数值模拟分析 ,模拟结果显示 :气相压力沿径向梯度迅速下降 ,抽提流量与土壤通透系数及真空度呈现高度相关的正比例关系 ,且地表隔绝覆盖层对流场影响很大 .通过与野外实测真空度数据的对比验证 ,表明该二维轴径向流动模型能较好应用于现场条件 ,明显优于一维模型 .再采用一个稳定的交替方向有限差分 (ADI)解出传质微分方程 ,从而实现多维情况下竖井SVE修复的完整模拟过程 . 4组不同条件下为期 6 0d的SVE修复过程的计算机模拟显示 ,土壤通透系数是决定修复效果的关键因素 .

基于ARM SVE的光滑粒子流体动力学SIMD加速方法

光滑粒子流体动力学(SPH)是近年来兴起的一种无网格的粒子方法,SPH在处理大变形、运动物质表面以及自由表面等问题时优势明显,在数值模拟领域得到了非常广泛的应用,是一种典型的科学计算应用。作为一种显式的粒子方法,SPH在每一个迭代步都需要计算大量的粒子间相互作用,计算量非常大,如何提高SPH的计算效率成为研究热点。可伸缩矢量扩展(SVE)是ARM针对高性能计算推出的下一代SIMD指令集,基于SVE研究了SPH方法的SIMD加速方法,取得了显著的加速效果。

VOCs污染场地SVE修复系统尾气净化技术研究进展

土壤气相抽提技术(SVE)日益受到人们的重视,SVE尾气的主要成分是危害性大的挥发性有机物(VOCs),目前国内外针对净化技术的进展报道较少。传统上一般采用燃烧、吸附、冷凝和吸收等方法处理VOCs废气,对比现有VOCs废气处理技术,综合分析发现生物法性能优良,对VOCs净化效果好且无二次污染,相对于其他方法更适用于SVE系统尾气的净化,可在完成尾气中VOCs有效净化的同时,解决现有SVE系统尾气净化装置填料后处理问题,是很具研究价值的尾气中VOCs净化方法。

电加热在土壤气相抽提(SVE)中的实验研究

研究了固定热源对不同填料粒径、填料含水率升温的影响。以不同粒径干燥石英砂为填料进行的实验结果表明,砂粒粒径越小,达到的最高温度越高。对含水石英砂进行加热实验结果表明,上层石英砂的最终温度与干砂相似,下层石英砂的最高温度低于干砂。石英砂中的水分对热传递以及热扩散速度的影响显著,实验前期含水石英砂的升温速度高于干砂。实验还表明,接近热源的砂层温度远远超过水沸点,随着与热源距离的增加,砂层所能达到的最大温度在下降。

SVE法修复污染场地所需工艺参数的确定

SVE是一种针对挥发性和某些半挥发性污染物的土壤原位修复技术。介绍了通过现场试验,来确定用SVE法修复污染场地所需的工艺参数,包括最佳真空度、抽气井有效影响半径、土壤气流量等,为类似的场地修复问题提供工程技术参考。

基于HERA土壤分层风险评估的SVE修复方案优化

以新疆某石油炼化污染场地为研究对象,将场地土壤划分为4层,选取石油烃(C5~C7)为目标污染物,基于HERA (health and environmental risk assessment)软件开展土壤分层风险评估。结果表明:各土壤层的危害风险均超过可接受水平,修复目标值分别为161.20、182.58、316.75、450.24 mg·kg^-1。根据风险评估结果,提出场地土壤气相抽提(soil vapor extraction,SVE)修复方案,抽提井数量为20口,抽提流量为0.36 m3·min^-1,苯的去除量为56.71 kg·d^-1,需要147 d将场地土壤中污染物的浓度降低到修复目标值以下。依据土壤层风险评估结果和土壤污染羽分布不同,优化了SVE抽提井井深和井筛深度设置,相对于寻常SVE修复设计,可降低修复成本,提高修复效率,预防过度修复,形成了一套基于HERA风险评估的SVE修复方案设计体系。

基于CFD模拟不同流道结构对通风柜安全性能的影响

通风柜是实验室中最容易被误解和被滥用的装置,增大排风量和面风速保持0.5m/s与通风安全性能呈弱相关性,将CFD模拟的方法融入并研究现有标准通风柜流道对以后通风柜的设计合理化具有重要的意义。利用该方法,我们获得了一种可靠的通风柜流道结构。本研究将三种标准通风柜流道结构和一种自设新型的流道结构进行CFD分析,数值分析内容从流速迹线、截面流速云图、截面压力云图和截面空气龄云图四个指标综合对通风柜的保护性能进行评估,并得出以下结论:流道1号,3号涡流存在于前视窗面且空气龄为22.5s和20s,涡流圈数为3圈和2圈,有害气体逃逸率较高;流道2号涡流存在于腔内上中部,圈数3圈,空气龄为13s,流道4号涡流存在于上中两侧,远离视窗面,涡流圈数为1圈,最大空气龄为8.2s。安全保护性能排序为4号>2号>3号≥1号,最终,设计的新型流道结构4号呈现优越的通风性能和保护性能,得到了一种可靠的新型通风柜流道结构,旨在对通风柜流道结构设计合理化的提供参考。

燕子山矿深部开采煤层底板水害治理效果评价

深部高承压含水层严重威胁着大同煤田西北部燕子山矿资源的安全开采,目前对于深部煤层开采突水灾害的防治效果评价尚未形成系统的指导体系。围绕深部煤层安全开采承压水灾害防治效果评价方法展开研究,通过利用隔水层有效厚度及阻水能力、突水系数、注浆数据GIS(地理信息系统)分析、矿井电法评价、比较分析等多种方法,提出了深部煤层开采承压水灾害防治效果评价方法——序列验证评估(SVE)方法。将该方法应用于燕子山煤矿深部开采二叠系、石炭系突水灾害的防治上,并对防治效果进行了评价。评价结果表明,SVE方法能够有效反映深部煤层开采突水的防控效果。

SVE技术中抽提真空度及相关参数的应用分析

土壤气相抽提(SVE)技术在污染土壤修复中得到越来越广泛的应用。结合不同区域的地层条件,通过不同梯度的抽提真空度试验,分析了各因素的影响关系,并确定了相关参数来进行SVE系统设计。试验结果表明:抽气流量随抽提真空度提升而增大,但超过40 k Pa后,增大趋势缓慢;在地层均质情况下,试验井真空度与径向距离呈正相关,但非均质时,有可能出现距离远真空度反而高的情况;当抽提真空度为35 k Pa时,试验井真空度整体效果达到最优;利用公式法和直线图解法分别确定试验区土壤空气渗透率及影响半径,计算结果在经验值范围内,且符合试验区地质条件。对土壤气相抽提技术在实际应用层面进行了说明,为以后类似地层条件下污染场地的原位修复工程提供了技术及工艺参数参考。

基于COMSOL热强化SVE技术的污染场地数值模拟

利用COMSOL仿真软件分别模拟了尺度为2 m×2 m×1 m的SVE技术热反应单元,在地表以下1 m深度的温度场变化情况和地表以下0.5 m深度平面中的污染物迁移状态。对该尺度模型的温度场模拟发现,当热源功率在80 kW/m^3时,加热至70 h,场地最高温和最低温分别达到2500,500 K的稳定值,随后在此温度下增加速度场,抽气钻孔负压达到101.325 kPa时,在6 min达到迁移速度峰值0.3 m/s,6~10 min出现最大降幅,10 min后基本保持稳定。表征污染物在10 min时已实现大部分去除,随后产生常见的拖尾效应。

气相抽提法(SVE)去除土壤中挥发性有机污染物的实验研究

研究了土柱直径、土壤粒径和不同污染物等对模拟SVE通风效率的影响.以苯、甲苯、乙苯、正丙苯为污染物进行的实验结果表明,柱底面积/装土高度(S/H)越大,去除率越高.不同粒径受甲苯、乙苯、正丙苯污染的土壤进行的实验结果表明,当土壤粒径由10目变为20～40目后,SVE通风效率降低,污染物去除难度增大.受苯、甲苯、乙苯污染土壤在不同通风流量条件下的实验结果表明,在通风总时间96 h条件下,通风流量为0.10 L·min-1时即能将污染物基本去除,苯、甲苯、乙苯分别在12、18、48 h内进入拖尾期,TVOCs去除率达到99.52%.实验还表明,苯环上碳原子数越多,饱和蒸气压降低,挥发性减弱,导致污染土壤难以净化,饱和蒸气压低的正丙苯对土壤中甲苯、乙苯脱附和挥发的阻碍作用明显,VOCs的分子结构和性质也是影响污染物去除效率的重要因素.

土壤质地和湿度对SVE技术修复苯污染土壤的影响

土壤蒸汽抽提技术(soil vapor extraction,SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于包气带土壤中挥发性有机污染物的去除.本研究选取有机污染物苯为对象,通过一维土柱通风模拟,分析了土壤质地(壤砂土、粉壤土和黏土)和湿度(0%、10%和20%)对SVE技术修复苯污染土壤的影响.结果表明,由于受到粉壤土有机质和黏土的通透性影响,这两组实验的SVE修复效率(68.3%和43.4%)小于壤砂土实验组(98.5%);此外,20%和10%湿度条件下的壤砂土土柱模拟实验会出现拖尾现象,而且湿度越大,SVE的修复效率越低.

依据VOC浓度变化优化场地SVE通风流量的研究

土壤气相抽提(SVE)中挥发性有机污染物(VOC)的扩散速度是确定SVE抽提流量的依据。为了优化场地SVE通风流量,结合试验现场土壤的土质条件和含水率,测试了污染物在不同均质土质中的扩散速度,绘制了污染物浓度随时间变化曲线。研究表明污染物的扩散在不同种土质和含水率的条件下,浓度的变化具有相似规律:快速上升阶段,出现拐点,浓度稳定阶段;在测试的压力场范围内,结合场地不同的抽提流量(Flow rate)的通风以及停止通风进行浓度恢复的试验,同样获取了场地污染物的浓度变化曲线,即场地污染物浓度平衡破坏和浓度平衡的恢复。测试数据显示,不同土质结构的场地内不同区域的污染物浓度恢复曲线和单一土质的污染物扩散具有相同的规律。因此可以采用扩散速度来求解抽提的通风流量。根据室内外的测试数据,文中给出了理论计算的场地优化通风速率建议。