近年来,随着社会经济的快速发展,土壤和地下水有机污染的问题日益严峻。针对其中的挥发性有机污染物(VOCs),原位空气扰动技术(Air Sparging,AS)因具有操作简单、成本低、效率高等优点,而被广泛应用于地下水的污染修复中。另外,在实际场地修复过程中,往往可以通过投加表面活性剂来提高AS修复过程中有机污染物的去除率或解决AS修复低渗透性地层的“拖尾效应”,即表面活性剂强化原位空气扰动修复技术(Surfactant-Enhanced Air Sparging,SEAS)。该技术能够降低地下水表面张力,提高曝气过程中的空气饱和度,且增大影响区域面积(Zone of the influence,ZOI),从而达到提高污染物去除效率的目的。最近,学者发现溶解性和亨利常数适宜的醇能够在水气界面上聚集有机污染物,从而增强污染物的挥发速率,提高污染物的去除速率,即醇强化原位空气扰动技术(Alcohol-Enhanced Air Sparging,AEAS)。相比于SEAS技术,AEAS技术作为新的强化方式而逐渐受到广泛的关注。目前关于AEAS技术的研究,仅通过向水中添加醇,曝气观察水中污染物去除情况,水体曝气是一个水气两相的体系。而AS技术往往应用于含水层,含水层曝气是一个水气固同时存在的多相体系。另外,之前的研究也忽略了醇也具有降低地下水表面张力的能力。更重要的是,AEAS修复过程中醇的强化机理,比如醇是否挥发以及挥发过程是否有利于污染物的去除等问题亟待解决。本论文以中等碳链醇(正庚醇,1-heptanol)作为研究对象,选择常用于SEAS的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠,SDBS)作为对比,探究不同试剂强化过程中气体迁移和分布的机理及苯污染含水层的修复效果。实验选取一种改进的二维气流可视化装置来研究不同介质岩性(中砂,孔道流;砾石,鼓泡流)含水层中SEAS和AEAS过程中气体迁移和分布的机理。另外,通过一维模拟柱实验探究不同介质岩性条件下SEAS和AEAS修复苯污染含水层的污染物去除效果及醇的浓度变化情况,且通过气液传质理论解释了AEAS修复效果优于SEAS技术的原因。本文的主要研究结果如下:1.AS、SEAS和AEAS体系中主要参数变化规律(1)相同曝气流量和介质中1-heptanol或SDBS的投加会增大了所需的曝气压力。(2)1-heptanol或SDBS的添加均能明显降低地下水表面张力,极大地提高空气饱和度,但在不同介质中作用机理不同,在中砂介质起到降低地下水表面张力的作用,而在砾石介质中起到稳泡的作用。2.AS、SEAS和AEAS体系中影响区域及气流分布规律研究(1)当三种不同体系中的曝气流量均为1000 L/h时,1-heptanol和SDBS的添加使得中砂介质(孔道流)ZOI的面积分别增大了25.7%和21.8%,而砾石介质(鼓泡流)中ZOI面积只分别增大了8.1%和5.2%。这说明在一定粒径范围内,介质粒径越细,AEAS和SEAS体系中ZOI面积的增加越明显。(2)相同曝气流量下,1-heptanol或SDBS的添加使中砂介质中的气体流量分布范围增大,且气体流量分布曲线变得相对平缓,而砾石介质中的气体流量分布范围增加并不明显,且气体流量分布曲线变得相对陡峭。(3)三种不同体系中曝气流量不同时,ZOI内气体流量分布均表现出明显的相似性。3.AS、SEAS和AEAS修复苯污染含水层的实验研究(1)AEAS修复苯污染所需时间明显小于SEAS技术。在苯污染去除研究中发现当苯的平均去除率达到95%以上时,与AS技术所需时间相比,中砂介质中SEAS和AEAS所需时间分别缩短了28.6%和52.4%;砾石介质中所需时间分别缩短了16.7%和58.3%。这说明SDBS或1-heptanol的投加均能够明显提高苯污染物去除速率,且AEAS去除速率要明显优于SEAS。(2)相同表面张力条件下,1-heptanol的投加对苯污染物去除效果要优于SDBS。这是因为AEAS过程中流场的扰动,使得气液界面部分的醇在气体的携带中挥发,从而在界面处诱导Marangoni对流,增强了气液传质速率,提高了界面处苯的去除速率。因此,本研究从理论上进一步解释了AEAS过程中醇在气液界面处的作用机制,为AEAS技术的应用提供理论依据。