煤炭地下气化污染物苯酚在渗透反应墙中的穿透行为及数值反演

作     者：王凡 徐冰 谌伦建 李从强 邢宝林 苏发强 

作者机构：河南理工大学能源科学与工程学院 河南省煤炭绿色转化重点实验室河南理工大学化学化工学院 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心 

出 版 物：《洁净煤技术》 (Clean Coal Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金-新疆联合基金资助项目（U1803114） 河南省自然科学基金（232300421335） 河南省科技攻关项目（212102311069） 

主　　题：煤炭地下气化 地下水污染 渗透反应墙 数值反演 有限元 

摘      要：煤炭地下气化（UCG）是集煤炭开发、转化为一体的煤炭清洁利用技术，但地下水污染风险已成为限制其推广应用的主要瓶颈之一。本文以有井式UCG为背景，以苯酚溶液为模拟UCG污染水，分别以砂、砂与有机膨润土和砂与活性炭混合材料构建模拟渗透反应墙（PRB）实验系统，利用有限元法和Python科学计算库NumPy及SciPy构建数值反演程序，研究苯酚在PRB中的穿透现象。结果表明：（1）对于充填砂和有机膨润土的PRB，随着砂和有机膨润土质量比增加，扩散系数D和渗流速度q增大，弥散度λ和延迟因子R减小；充填砂和活性炭的PRB，随着砂和活性炭质量比增加，扩散系数D、渗流速度q和延迟因子R减小，弥散度λ增大。（2）混合材料质量比决定其孔隙率和吸附性能，对阻滞净化苯酚有重要影响，对于砂和有机膨润土配制PRB墙体材料，质量比增大，PRB墙体孔隙率增大，苯酚初检时间缩短；对于砂和活性炭配制PRB墙体材料，质量比增大，PRB墙体孔隙率减小，苯酚初检时间先增大后减小。（3）PRB对苯酚的吸附净化效果与机理：砂与有机膨润土构成墙体材料，其质量比存在一个阈值（本实验条件下阈值为2:1），当质量比小于该阈值时PRB对苯酚的净化效果较好，大于该阈值时净化效果急剧下降；砂与活性炭构成的墙体材料，当其质量比小于2:1时溶液渗流速度占主导作用，当质量比大于2:1时活性炭吸附性能占主导作用。