地下水硝酸盐灌注式PRBs原位修复优化方案研究

【摘要】地下水硝酸盐原位碳源注入生物修复技术是一种潜力大、经济有效的技术，而碳源注入优化能够最大限度减小地下水修复成本和井安装成本，从而使得治理成本最小化。本论文以北京顺义某生活垃圾填埋场硝酸盐污染地下水为研究对象，针对灌注式PRBs原位生物修复技术，采用生物耦合Monod模型（RT3D），模拟碳源注入后地下水硝酸盐、碳源和反硝化细菌浓度变化情况，同时利用MATLAB软件对不同时段各污染羽进行积分量化。在Monod动力学反应模拟基础上，利用遗传算法（GA）和模拟退火法（SA）对地下水硝酸盐污染羽修复区中布置18口备选井方案和原位生物修复系统进行优化。论文得出以下结论：（1）不同碳源注入方式模拟结果表明，在碳源注入体积不变情况下，增大碳源浓度（即提高碳源总量），单井的单位质量碳源去除硝酸盐量和碳源利用率都增大，而双井的单位质量碳源去除硝酸盐量先增大后减小。在连续性投加碳源情况下，连续注入时间越长，单井和双井的单位质量碳源去除硝酸盐量和碳源利用率都下降。在间歇性投加碳源情况下（碳源总量不变），单井和双井的单位质量碳源去除硝酸盐量和碳源利用率不随时间间隔变化而变化。（2）遗传算法（GA）和模拟退火法（SA）优化结果表明，在100d内连续注入浓度为50mg/L的碳源，达到将研究区硝酸盐浓度降低到10mg/L的目标。GA优化井5、井7和井9的碳源注入量分别为2.5m3/d、1.5m3/d和1.3m3/d；SA优化井5、井7和井9碳源注入量分别为2.2m3/d、1.4m3/d和1.5m3/d。100d后硝酸盐总去除量分别为33.58kg和31.26kg，其总量去除率分别90.78%和84.51%。（3）优化结果表明注入井的布置方式是呈三角点布置，且上游点的碳源注入量要大于其他两点注入量。原位生物修复两种优化算法对比表明模拟退火法（SA）优化系统治理成本比遗传算法（GA）节省1.46%，且波动性小，更收敛，但计算时间长。
【作者】姜烈；
【导师】何江涛；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地下水科学与工程，2014，硕士
【关键词】硝酸盐；RT3D；原位生物修复；量化；优化；遗传算法；模拟退火法；

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