基于數(shù)值模擬和響應(yīng)面法的PRB設(shè)計(jì)研究.pdf

1、地下水污染具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染控制難度大和修復(fù)費(fèi)用高等一系列典型特征。而PRB(permeable reactive barrier)技術(shù)在原位處理污染地下水具有其他原位修復(fù)和異位修復(fù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用PRB對(duì)地下水進(jìn)行修復(fù)時(shí)，往往需要設(shè)計(jì)PRB的各種屬性（包括長(zhǎng)、寬、高、水力傳導(dǎo)率和活性介質(zhì)的孔隙率及反應(yīng)性能等）。影響PRB設(shè)計(jì)的因素很多，在眾多影響因子中選取最重要的幾個(gè)因素PRB與含水層滲透系數(shù)的比log K、PRB的位置D（即污

2、染源與PRB的距離）及PRB的墻體厚度W。利用COMSOL Multiphysics軟件建立水平流動(dòng)地下含水層中連續(xù)PRB的流體流動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)值模型，模型的主區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)70 m，寬45 m和高10m的長(zhǎng)方體狀含水層;x=13.4 m處設(shè)置長(zhǎng)15m、寬5m的污染源;污染源的下游一定位置處放置長(zhǎng)25 m、高10m以及厚度W可變的PRB墻體。分析了特定情境下各單因素對(duì)含水層去除效率ωAquifer和PRB去除效率ωPRB水力停留時(shí)間t的影響

3、。
　　采用響應(yīng)面方法中的BBD法研究了PRB與含水層滲透系數(shù)的比log K、PRB的位置D及PRB的墻體厚度W對(duì)污染物進(jìn)口濃度Cin、PRB的去除效率ωPRB水力停留時(shí)間t和捕獲區(qū)域?qū)挾鹊挠绊?。使用Design-expert對(duì)模型輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析得到了Cin、ωPRB和t與log K、D和W編碼值的二次方程模型，方差分析結(jié)果都顯示:P＜0.0001，決定系數(shù)R2分別為0.9961、0.9924和0.9993。表明方程模型

4、的顯著性很高，擬合度好。在所有的因子中，針對(duì)不同的響應(yīng)值，PRB的墻體厚度都是最顯著的影響因子。
　　基于響應(yīng)面法的各因素對(duì)捕獲區(qū)域?qū)挾鹊挠绊懕砻?一定范圍內(nèi)捕獲區(qū)域?qū)挾入S著log K的增加而變小，超過(guò)某一值時(shí)，并不發(fā)生變化。污染源與PRB距離越近，所需捕獲區(qū)域?qū)挾仍叫?，墻體的厚度越大;距離越遠(yuǎn)，所需捕獲區(qū)域?qū)挾仍酱螅廴痉秶綇V，不利于污染物的治理與控制。設(shè)計(jì)應(yīng)用PRB處理污染地下水時(shí)，需平衡各因素之間的關(guān)系，兼顧效率與效益，同