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安全与环境学报 2022年第5期22卷 2720-2729页

作者：马俊杰胡芊薛璐程萌西北大学城市与环境学院西安710127 二氧化碳捕集与封存技术国家地方联合工程研究中心西安710069 陕西省碳中和技术重点实验室西安710069 榆林学院生命科学学院陕西榆林719000

为了探究CO_(2)捕集与封存(Carbon dioxide Capture and Storage,CCS)项目近地表工程中CO_(2)泄漏对土壤环境的影响,通过大田模拟点源泄漏试验,监测土壤CO_(2)体积分数,并整理同步气象数据,调查土壤物理性质,以统计分析土壤CO_(2)体积... 详细信息

为了探究CO_(2)捕集与封存(Carbon dioxide Capture and Storage,CCS)项目近地表工程中CO_(2)泄漏对土壤环境的影响,通过大田模拟点源泄漏试验,监测土壤CO_(2)体积分数,并整理同步气象数据,调查土壤物理性质,以统计分析土壤CO_(2)体积分数与土壤性质及气象条件的时空关系分析。结果表明:土壤孔隙和容重表现为明显的水平和垂直分异特点,土壤温度和含水量表现为明显的时间变化特征。受降水事件影响,土壤CO_(2)体积分数随着时间延长明显波动,且与土壤温度呈正相关关系,与土壤含水量呈负相关关系(p土壤物理性质空间非均质特征影响,土壤CO_(2)体积分数随着离源距离的增加而明显衰减且表现为各向异性,与土壤通气孔隙度呈正相关关系(p扩散距离为泄漏源埋深的2.85倍。建立了土壤CO_(2)体积分数与土壤温度及离源距离间的时间变化函数以及土壤CO_(2)体积分数与土壤通气孔隙度及离源距离间的空间变化函数。并得出,浅地表点源CO_(2)泄漏受土壤非均质性和降水事件影响明显,但其横向扩散范围有限。

关键词：环境学碳封存二氧化碳土壤气体扩散土壤物理性质气象条件

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地质封存点源泄漏CO2在土壤中扩散及其影响研究

地质封存点源泄漏CO2在土壤中扩散及其影响研究

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作者：胡芊西北大学

学位级别：硕士

随着全球工业化的加速发展,大量的二氧化碳气体排放至大气中,导致温室效应加重、全球变暖加剧。为了能够有效解决二氧化碳的排放问题,国际社会已将碳捕集、利用与封存技术(Carbon Capture Utilization and Storage)技术作为改善二氧化... 详细信息

随着全球工业化的加速发展,大量的二氧化碳气体排放至大气中,导致温室效应加重、全球变暖加剧。为了能够有效解决二氧化碳的排放问题,国际社会已将碳捕集、利用与封存技术(Carbon Capture Utilization and Storage)技术作为改善二氧化碳排放和缓解全球变暖的关键研究问题。目前,世界上许多国家已先后建立了不同规模的CCUS项目,我国作为一个负责任的大国,也在加速研究和建设CCUS项目,并将其作为我国建立绿色低碳发展体系的重要的途径。CCUS作为一项新兴技术,由于技术和地质等不稳定性因素的影响,将造成二氧化碳发生泄漏的严重后果。为此,需要充分考虑其泄漏风险并研究其对生态环境带来的具体危害,为CCUS项目安全性提供保障。本研究通过模拟CCUS项目中CO点源泄漏,研究CO在近地表土壤中的运移规律以及影响因素,并通过物理模型与数值模拟相结合,研究不同土壤结构下CO的运移特征,并通过对土壤、植物、大气环境等指标的监测,分析CO对土壤及植物生长发育的影响。主要结论如下:(1)在CO点源泄漏条件下,浅层土壤中的CO浓度表现为明显的空间分异以及时间变异特征,且其横向扩散距离为泄漏源埋深的2.85倍。通过相关性结果表明,土壤CO浓度与土壤温度、土壤含水量、土壤孔隙度以及离源距离等因素显著相关,并建立了土壤CO浓度与各影响因子之间的回归关系模型。(2)利用COMSOL Multiphysics软件对点源泄漏扩散实验过程进行数值模拟,在实验结果的基础上,建立了均质土壤、非均质土壤以及受土壤温湿度变化影响的非均质土壤这三种土壤孔隙结构模型,分析了不同土壤结构下CO气体的运移规律,发现在非均质土壤孔隙结构中会出现气体优先通道,最后将模型预测结果与实验结果进行比对,得出模拟值与实测值的误差范围在-5.84～5.42之间,模型的预测结果较为准确。(3)CO泄漏对土壤理化性质、土壤酶、农田温室气体排放以及植物生长均产生影响。离源越近,土壤p H值越小,有机碳含量越高,铵态氮含量越高而硝态氮反之;土壤中的高浓度CO会增加土壤中如脲酶、淀粉酶等的酶活性;CO泄漏会通过影响土壤中的微生物,而诱发NO以及CH温室气体的排放,从而加剧温室效应。通过计算CO泄漏前后三种温室气体的全球增温潜势得到,CO泄漏后,农田中NO、CH的增温潜势增加,但这种影响远小于CO本身所带来的增温效应;总体上看,土壤中高浓度CO对植物生长具有抑制作用,主要表现为高浓度CO区域内(0.5m)的植株生长缓慢、植株矮小、叶片数量少及叶片面积小。通过相关性分析发现,土壤p H、土壤有机碳、铵态氮、硝态氮、脲酶、淀粉酶以及温室气体(CH、NO)等指标之间存在明显的相关性。

关键词： CCUS 二氧化碳土壤气体扩散物理模型生长指标

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