土壤及地下水修復(fù)工程設(shè)計(jì)（第2版）

第1章 概述·· 1

1.1 背景和目標(biāo)·· 1

1.2 本書結(jié)構(gòu)·· 2

1.3 如何使用本書·· 3

第2章 場(chǎng)地評(píng)價(jià)及修復(fù)調(diào)查·· 4

2.1 概述·· 4

2.2 污染程度的確定·· 6

2.2.1 質(zhì)量和濃度關(guān)系·· 6

2.2.2 儲(chǔ)罐移除或污染區(qū)域挖掘產(chǎn)生的土壤量·· 16

2.2.3 包氣帶中污染土壤的量·· 19

2.2.4 汽油中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)·· 23

2.2.5 毛細(xì)帶高度·· 25

2.2.6 計(jì)算自由漂浮相的質(zhì)量和體積·· 27

2.2.7 確定污染范圍——一個(gè)綜合計(jì)算案例·· 29

2.3 土壤鉆孔及地下水監(jiān)測(cè)井·· 32

2.3.1 土壤鉆孔的鉆屑量·· 32

2.3.2 填料和膨潤(rùn)土密封材料·· 33

2.3.3 地下水采樣的井體積·· 35

2.4 不同相態(tài)中污染物的質(zhì)量·· 36

2.4.1 自由相與氣相的平衡·· 36

2.4.2 液-氣平衡·· 40

2.4.3 固-液平衡·· 44

2.4.4 固-液-氣平衡·· 48

2.4.5 污染物在不同相中的分配·· 50

參考文獻(xiàn)·· 59

第3章 污染羽在含水層和土壤中的遷移·· 60

3.1 概述·· 60

3.2 地下水運(yùn)動(dòng)·· 61

3.2.1 達(dá)西定律·· 61

3.2.2 達(dá)西流速和滲流速度·· 62

3.2.3 固有滲透率與滲透系數(shù)的比較·· 64

3.2.4 導(dǎo)水系數(shù)、給水度和釋水系數(shù)·· 67

3.2.5 確定地下水徑流的水力梯度和方向·· 69

3.3 地下水抽水·· 70

3.3.1 承壓含水層的穩(wěn)態(tài)流·· 70

3.3.2 非承壓含水層的穩(wěn)態(tài)流·· 73

3.4 含水層試驗(yàn)·· 76

3.4.1 泰斯（Theis）方程·· 76

3.4.2 Cooper-Jacob直線法·· 78

3.4.3 距離-降深方法·· 80

3.5 溶解羽的遷移速度·· 82

3.5.1 對(duì)流-彌散方程·· 82

3.5.2 擴(kuò)散系數(shù)和彌散系數(shù)·· 83

3.5.3 地下水遷移的阻滯因子·· 88

3.5.4 溶解羽的遷移·· 90

3.6 包氣帶污染物的遷移·· 93

3.6.1 包氣帶中的液體運(yùn)動(dòng)·· 93

3.6.2 包氣帶中氣體擴(kuò)散·· 95

3.6.3 包氣帶中氣相遷移的阻滯因子·· 97

參考文獻(xiàn)·· 99

第4章 物質(zhì)平衡概念和反應(yīng)器設(shè)計(jì)·· 101

4.1 概述·· 101

4.2 物質(zhì)平衡概念·· 102

4.3 化學(xué)動(dòng)力學(xué)·· 104

4.3.1 速率方程·· 105

4.3.2 半衰期·· 107

4.4 反應(yīng)器類型·· 109

4.4.1 序批式反應(yīng)器·· 110

4.4.2 連續(xù)流攪拌式反應(yīng)器（CFSTR）·· 114

4.4.3 活塞流反應(yīng)器（PFR）·· 116

4.5 確定反應(yīng)器尺寸·· 118

4.6 反應(yīng)器組合·· 120

4.6.1 串聯(lián)反應(yīng)器·· 121

4.6.2 并聯(lián)反應(yīng)器·· 127

第5章 包氣帶土壤修復(fù)·· 133

5.1 概述·· 133

5.2 土壤氣相抽提·· 133

5.2.1 土壤通風(fēng)技術(shù)介紹·· 133

5.2.2 抽提氣體濃度·· 134

5.2.3 影響半徑和壓強(qiáng)分布·· 143

5.2.4 氣體流量·· 146

5.2.5 污染物去除速率·· 151

5.2.6 清理時(shí)間·· 154

5.2.7 溫度對(duì)SVE的影響·· 158

5.2.8 氣體抽提井的數(shù)量·· 159

5.2.9 真空泵（風(fēng)機(jī)）的規(guī)格·· 160

5.3 土壤洗脫/溶劑浸提/土壤沖洗·· 162

5.3.1 土壤洗脫（Soil Washing）技術(shù)介紹·· 162

5.3.2 土壤洗脫系統(tǒng)設(shè)計(jì)·· 162

5.4 土壤生物修復(fù)·· 166

5.4.1 土壤生物修復(fù)技術(shù)介紹·· 166

5.4.2 水分需求量·· 167

5.4.3 營(yíng)養(yǎng)物需求量·· 168

5.4.4 氧氣需求量·· 170

5.5 生物通風(fēng)·· 172

5.5.1 生物通風(fēng)技術(shù)介紹·· 172

5.5.2 生物通風(fēng)技術(shù)設(shè)計(jì)·· 173

5.6 原位化學(xué)氧化·· 175

5.6.1 原位化學(xué)氧化技術(shù)介紹·· 175

5.6.2 常用氧化劑·· 175

5.6.3 氧化劑需求量·· 176

5.7 熱裂解·· 179

5.7.1 熱裂解技術(shù)介紹·· 179

5.7.2 焚燒單元設(shè)計(jì)·· 180

5.7.3 危險(xiǎn)廢物焚燒的法規(guī)要求·· 181

5.8 低溫加熱解吸·· 183

5.8.1 低溫加熱解吸技術(shù)介紹·· 183

5.8.2 低溫加熱解吸技術(shù)設(shè)計(jì)·· 184

參考文獻(xiàn)·· 186

第6章 地下水修復(fù)·· 187

6.1 概述·· 187

6.2 地下水抽出·· 188

6.2.1 降落漏斗·· 188

6.2.2 捕獲區(qū)分析·· 192

6.3 活性炭吸附·· 199

6.3.1 活性炭吸附技術(shù)介紹·· 199

6.3.2 吸附等溫線和吸附容量·· 200

6.3.3 活性炭吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)·· 202

6.4 空氣吹脫·· 206

6.4.1 空氣吹脫技術(shù)介紹·· 206

6.4.2 空氣吹脫系統(tǒng)設(shè)計(jì)·· 207

6.5 異位生物修復(fù)·· 212

6.5.1 異位生物修復(fù)技術(shù)介紹·· 212

6.5.2 地上生物修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)·· 212

6.6 原位地下水修復(fù)·· 214

6.6.1 原位生物修復(fù)技術(shù)介紹·· 214

6.6.2 基于增加溶解氧的強(qiáng)化生物降解·· 214

6.6.3 基于添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的強(qiáng)化生物降解·· 218

6.7 空氣注入·· 219

6.7.1 空氣注入技術(shù)介紹·· 219

6.7.2 空氣注入的增氧效果·· 219

6.7.3 空氣注入壓力·· 221

6.7.4 空氣注入供電要求·· 223

6.8 生物曝氣·· 224

6.9 化學(xué)沉淀法去除重金屬·· 225

6.10 原位化學(xué)氧化·· 226

6.11 高級(jí)氧化工藝·· 228

參考文獻(xiàn)·· 230

第7章 VOCs富集氣體處置·· 231

7.1 概述·· 231

7.2 活性炭吸附·· 231

7.2.1 活性炭吸附技術(shù)介紹·· 231

7.2.2 顆粒狀活性炭吸附系統(tǒng)規(guī)模設(shè)計(jì)·· 232

7.2.3 吸附等溫線與吸附量·· 232

7.2.4 活性炭吸附器的常用橫截面積和高度·· 235

7.2.5 計(jì)算活性炭吸附器的污染物去除速率·· 237

7.2.6 更換（或再生）頻率·· 238

7.2.7 活性炭需求量（現(xiàn)場(chǎng)再生）·· 239

7.3 熱氧化·· 239

7.3.1 氣體流量與溫度的關(guān)系·· 240

7.3.2 氣體的熱值·· 241

7.3.3 稀釋空氣·· 243

7.3.4 助燃空氣·· 245

7.3.5 補(bǔ)充燃料用量·· 247

7.3.6 燃燒室體積·· 248

7.4 催化焚燒·· 250

7.4.1 稀釋空氣·· 250

7.4.2 補(bǔ)熱需求·· 251

7.4.3 催化反應(yīng)床的體積·· 252

7.5 內(nèi)燃機(jī)·· 253

7.6 土壤生物濾床·· 254

參考文獻(xiàn)·· 255

案例索引·· 256

專業(yè)名詞中英文對(duì)照·· 262

杰夫·郭（Jeff Kuo），于1995年受聘于加利福尼亞州立大學(xué)（位于美國(guó)加州富勒頓）土木與環(huán)境工程系，在此之前，他已在環(huán)境工程領(lǐng)域從業(yè)十余載。他在地下水科技股份有限公司（現(xiàn)在的Flour—GTI）、戴姆斯摩爾公司（Dames&Moore）、詹姆斯·蒙哥馬利咨詢工程公司（現(xiàn)在的Montgomeru—Watson）、南亞塑膠公司和洛杉磯郡衛(wèi)生區(qū)的工作中積累了豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。杰夫·郭在環(huán)境工程領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)包括：空氣吹脫裝置、活性炭吸附器、火焰/催化焚燒爐以及土壤和地下水修復(fù)生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝；場(chǎng)地評(píng)價(jià)和環(huán)境中有害物質(zhì)的歸趨分析；填埋場(chǎng)和超級(jí)基金場(chǎng)地的修復(fù)調(diào)查、可行性研究工作；應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)格的無組織排放要求的特殊設(shè)計(jì)；污水處理系統(tǒng)的尾氣排放；污水處理。此外，他還完成了多項(xiàng)研究：鹵代芳烴的超聲波脫氯、粉劑/菌劑在多孔介質(zhì)內(nèi)的遷移、瀝青的生物可降解性、復(fù)合礦物氧化物的表面特征、活性炭吸附動(dòng)力學(xué)、污水過濾、離子交換樹脂的三氯甲烷生成勢(shì)和紫外消毒。杰夫·郭（Jeff Kuo）在“國(guó)立”臺(tái)灣大學(xué)取得化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位，在美國(guó)懷俄明州立大學(xué)取得化學(xué)工程碩士學(xué)位，后在南加利福尼亞州立大學(xué)獲得石油工程碩士學(xué)位以及環(huán)境工程的碩士及博士學(xué)位。杰夫·郭（Jeff Kuo）是加利福尼亞注冊(cè)土木工程師、注冊(cè)機(jī)械工程師、注冊(cè)化學(xué)工程師。2100433B

本書內(nèi)容豐富翔實(shí)，涵蓋了場(chǎng)地修復(fù)工程計(jì)算的多個(gè)方面，包括場(chǎng)地調(diào)查、反應(yīng)器設(shè)計(jì)、土壤和地下水修復(fù)等的計(jì)算，是一本具有指導(dǎo)意義的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。

場(chǎng)地修復(fù)工程涉及地質(zhì)、水文、化學(xué)、土木、環(huán)境等學(xué)科，這使得具有單一學(xué)科背景的人員難以完成系統(tǒng)的場(chǎng)地修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算。本書“烹飪書式”的寫作手法解決了以上難題。

本書從原理引出公式，再過渡到工程案例計(jì)算，循序漸進(jìn)，使非相關(guān)學(xué)科背景的人員也能很快讀懂，適合作為地下水和土壤修復(fù)領(lǐng)域的工程師們的工作手冊(cè)使用，也可作為高年級(jí)大學(xué)生或環(huán)境修復(fù)方向的研究生們的補(bǔ)充教材或參考書使用。

第1章 概述

1.1 背景和目標(biāo)

1.2 結(jié)構(gòu)

1.3 如何使用本書

第2章 場(chǎng)地特征描述及修復(fù)調(diào)查

2.1 污染程度的確定

2.1.1 質(zhì)量和濃度關(guān)系

2.1.2 儲(chǔ)罐移除或污染區(qū)域挖掘產(chǎn)生的土壤量

2.1.3 包氣帶中污染土壤的量

2.1.4 汽油中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)

2.1.5 毛細(xì)區(qū)高度

2.1.6 計(jì)算自由漂浮相的質(zhì)量和體積

2.1.7 確定污染范圍——一個(gè)綜合計(jì)算案例

2.2 土壤鉆孔及地下水監(jiān)測(cè)井

2.2.1 土壤鉆孔的鉆屑量

2.2.2 填料和膨潤(rùn)土密封材料

2.2.3 地下水采樣的井體積

2.3 不同相態(tài)中污染物的質(zhì)量

2.3.1 自由相與氣相間的平衡

2.3.2 液-氣平衡

2.3.3 固-液平衡

2.3.4 固-液-氣平衡

2.3.5 污染物在不同相中的分配

參考文獻(xiàn)

第3章 污染羽在地下水和土壤中的遷移

3.1 地下水運(yùn)動(dòng)

3.1.1 達(dá)西定律

3.1.2 達(dá)西流速和滲流速度

3.1.3 固有滲透率與水力傳導(dǎo)系數(shù)/滲透系數(shù)的比較

3.1.4 導(dǎo)水系數(shù)、給水度和釋水系數(shù)

3.1.5 確定地下水徑流的水力梯度和方向

3.2 地下水抽水

3.2.1 承壓含水層的穩(wěn)態(tài)流

3.2.2 非承壓含水層的穩(wěn)態(tài)流

3.3 含水層測(cè)試

3.3.1 泰斯（Theis）方程

3.3.2 Cooper-Jacob直線法

3.3.3 距離-降深方法

3.4 溶解羽的遷移速度

3.4.1 對(duì)流-彌散方程

3.4.2 擴(kuò)散系數(shù)和彌散系數(shù)

3.4.3 地下水遷移的阻滯因子

3.4.4 溶解羽的遷移

3.5 包氣帶污染物的遷移

3.5.1 包氣帶中的液體運(yùn)動(dòng)

3.5.2 包氣帶中氣體擴(kuò)散

3.5.3 包氣帶中氣相遷移的阻滯因子

參考文獻(xiàn)

第4章 物質(zhì)平衡概念和反應(yīng)器設(shè)計(jì)

4.1 物質(zhì)平衡概念

4.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)

4.2.1 速率方程

4.2.2半衰期

4.3 反應(yīng)器類型

4.3.1 序批式反應(yīng)器

4.3.2 連續(xù)流攪拌式反應(yīng)器（CFSTRs）

4.3.3 活塞流反應(yīng)器（PFR）

4.4 確定反應(yīng)器尺寸

4.5 反應(yīng)器組合

4.5.1 串聯(lián)反應(yīng)器

4.5.2 并聯(lián)反應(yīng)器

第5章 包氣帶土壤修復(fù)

5.1 土壤氣相抽提

5.1.1 引言

5.1.2 抽提氣體濃度

5.1.3 影響半徑和壓強(qiáng)分布

5.1.4 氣體流量

5.1.5 污染物去除速率

5.1.6 清理時(shí)間

5.1.7 溫度對(duì)SVE的影響

5.1.8 氣體抽提井的數(shù)量

5.1.9 真空泵（風(fēng)機(jī)）的規(guī)格

5.2 土壤生物修復(fù)

5.2.1 土壤生物修復(fù)技術(shù)的介紹

5.2.2 水分需求量

5.2.3 營(yíng)養(yǎng)物需求量

5.2.4 氧氣需求量

5.3 土壤清洗/溶劑浸提/土壤沖洗

5.3.1 土壤清洗技術(shù)的介紹

5.4 低溫加熱（解吸）

5.4.1 低溫加熱（解吸）技術(shù)的介紹

5.4.2 低溫加熱（解吸）技術(shù)的設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)

第6章 地下水修復(fù)

6.1 水力控制（抽取地下水）

6.1.1 降落漏斗

6.1.2 捕獲區(qū)分析

6.2 位于地上的地下水處理系統(tǒng)

6.2.1 活性炭吸附

6.2.2 空氣吹脫

6.2.3 高級(jí)氧化工藝

6.2.4 金屬的沉淀處理

6.2.5 生物處理

6.3 地下水原位修復(fù)

6.3.1 生物修復(fù)

6.3.2 空氣注入修復(fù)

參考文獻(xiàn)

第7章 VOCs富集氣體處置

7.1 活性炭吸附

7.1.1 吸附等溫線與吸附量

7.1.2 活性炭吸附器的橫截面積和高度

7.1.3 計(jì)算活性炭吸附器的污染物去除速率

7.1.4 更換（或再生）頻率

7.1.5 GAC用量（現(xiàn)場(chǎng)再生）

7.2 熱氧化

7.2.1 氣體流量與溫度的關(guān)系

7.2.2 氣流的熱值

7.2.3 稀釋氣體

7.2.4 提供氧氣的助燃空氣

7.2.5 補(bǔ)充燃料用量

7.2.6 燃燒室體積

7.3 催化焚燒

7.3.1 稀釋空氣

7.3.2 補(bǔ)熱需求

7.3.3 催化反應(yīng)床的體積

7.4 內(nèi)燃機(jī)焚燒

7.4.1 目標(biāo)去除率/使用率

7.5 土壤生物過濾器

7.5.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

參考文獻(xiàn)

案例索引

專業(yè)名詞索引

英文版編著者：（美國(guó)）杰夫·郭（Jeff Kuo）

杰夫·郭（Jeff Kuo），于1995年受聘于加利福尼亞州立大學(xué)（位于美國(guó)加州富勒頓）土木與環(huán)境工程系，在此之前，他已在環(huán)境工程領(lǐng)域從業(yè)十余載。他在地下水科技股份有限公司（現(xiàn)在的Flour—GTI）、戴姆斯摩爾公司（Dames&Moore）、詹姆斯·蒙哥馬利咨詢工程公司（現(xiàn)在的Montgomeru—Watson）、南亞塑膠公司和洛杉磯郡衛(wèi)生區(qū)的工作中積累了豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。杰夫·郭在環(huán)境工程領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)包括：空氣吹脫裝置、活性炭吸附器、火焰/催化焚燒爐以及土壤和地下水修復(fù)生物系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝；場(chǎng)地評(píng)價(jià)和環(huán)境中有害物質(zhì)的歸趨分析；填埋場(chǎng)和超級(jí)基金場(chǎng)地的修復(fù)調(diào)查、可行性研究工作；應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)格的無組織排放要求的特殊設(shè)計(jì)；污水處理系統(tǒng)的尾氣排放；污水處理。此外，他還完成了多項(xiàng)研究：鹵代芳烴的超聲波脫氯、粉劑/菌劑在多孔介質(zhì)內(nèi)的遷移、瀝青的生物可降解性、復(fù)合礦物氧化物的表面特征、活性炭吸附動(dòng)力學(xué)、污水過濾、離子交換樹脂的三氯甲烷生成勢(shì)和紫外消毒。杰夫·郭（Jeff Kuo）在“國(guó)立”臺(tái)灣大學(xué)取得化學(xué)工程學(xué)士學(xué)位，在美國(guó)懷俄明州立大學(xué)取得化學(xué)工程碩士學(xué)位，后在南加利福尼亞州立大學(xué)獲得石油工程碩士學(xué)位以及環(huán)境工程的碩士及博士學(xué)位。杰夫·郭（Jeff Kuo）是加利福尼亞注冊(cè)土木工程師、注冊(cè)機(jī)械工程師、注冊(cè)化學(xué)工程師。2100433B

本書內(nèi)容豐富詳實(shí)，涵蓋了場(chǎng)地修復(fù)工程計(jì)算的多方面，包括場(chǎng)地調(diào)查、反應(yīng)器設(shè)計(jì)、土壤和地下水修復(fù)等的計(jì)算，是一本具有指導(dǎo)意義的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書籍。 場(chǎng)地修復(fù)工程涉及地質(zhì)、水文、化學(xué)、土木、環(huán)境等學(xué)科，這使得具有單一學(xué)科背景的人員難以完成系統(tǒng)的場(chǎng)地修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算。本書“烹飪書式”的寫作手法解決了以上難題。本書從原理引出公式，再過渡到工程案例計(jì)算，循序漸進(jìn)，使非相關(guān)學(xué)科背景的人員也能很快讀懂，適合作為地下水和土壤修復(fù)領(lǐng)域的工程師們的工作手冊(cè)使用，也可作為高年級(jí)大學(xué)生或環(huán)境修復(fù)方向的研究生們的補(bǔ)充教材或參考書使用。