显提高砾石中的空气饱和度。

 

　　

2.2 强化修复过程中空气饱和度的变化 

　　图

4 为中砂柱中不同曝气量和 SDBS 浓度下，空气饱和度的变化情况。由此可知，各

曝气量下，在表面张力大于

50 mN/m 时，空气饱和度都随着表面张力的降低而有大幅增加。

当曝气量为

100 mL/min，地下水的表面张力由 72.2 mN/m 降至 49.5 mN/m 时，地下水中空

气饱和度由

13.2%提高至 50.1%，而后，随着表面张力的进一步降低，空气饱和度不再提

高，反而有小幅下降。

 

　　这主要是由于气流在粒径为

0.25～0.50 mm 的介质中是以孔道的形式运动的，图 5 为

不同表面张力下，孔道分布的示意图。表面张力由

72.2 mN/m 降至 49.5 mN/m 使介质中气流

孔道的数量大幅增加（图

5(a)、(b)），因此空气饱和度大幅提高，随着表面张力的继续降低，

孔道的数量继续增加，以至使许多孔道产生了交叉（图

5(c)），这样就形成了优先流，气

流不按原有的孔道流动，反而从最短的孔道路径流出介质。因此，空气饱和度不再提高，反
而有小幅下降。

 

　　

 由图可知，各曝气量下，空气饱和度随着表面张力的降低持续升高。但图 3 已指出，

在砾石柱中，表面张力降低所引起的毛细压力下降并没有明显提高砾石中的空气饱和度。由
于气流在砾石中是以鼓泡的方式上升的，因此推测空气饱和度的增加可能是由于表面活性
剂的加入增强了气泡稳定性的结果。

 

　　为了对比和验证在不同的气流运行方式下空气饱和度的变化机理，实验分别配置了
表面张力相同（即毛细压力相同）、气泡稳定性相同的

SDBS 和 Tween80 溶液，来分别研究

毛细压力和气泡稳定性对空气饱和度的影响。通过实验得到，表面张力为

59 mN/m 的 SDBS

溶液和

50 mN/m 的 Tween80 溶液气泡稳定性基本相同。 

　　由图可知，

Tween80 和 SDBS 溶液表面张力相同时（即毛细压力相同时），2 条空气

饱和度曲线基本重合，而对于

Tween80（51 mN/m）和 SDBS（59 mN/m）溶液气泡稳定性

相同时，

2 条空气饱和度曲线却相差较大。因此得到结论，在中砂中，气流以孔道的运行方

式为主，表面张力下降所引起的毛细压力降低，是水中气体饱和度提高的主要原因。

 

　　

 由图可知，Tween80 和 SDBS 溶液表面张力相同时（即毛细压力相同时），2 条空气

饱和度曲线有较大差别。而对于

Tween80（50.3 mN/m）和 SDBS（59.2 mN/m）溶液气泡稳

定性相同时，

2 条空气饱和度曲线却较为相近。因此得到结论，在砾石中，气流以鼓泡的运

动形式为主，气泡稳定性是决定水中空气饱和度大小的主要因素。这主要是由于，随着表面
张力降低，气泡的稳定性增强，也就是越难发生形变。当气泡穿越介质孔隙时，会受到介质
的阻挡，稳定性强的气泡不容易发生形变，导致其难以穿过介质而上升并从水中溢出，这
将导致气泡在水中的停留时间延长，因此，气体在水中的饱和度就相应提高。

 

　　

3 结 论 

　　

1）当气流以孔道运行方式为主时，随着地下水表面张力降低，空气饱和度逐渐提高，

但当表面张力降到

49.5 mN/m 时，会导致优先流的形成，空气饱和度不再升高，反而有降

低的趋势。

 

　　

2）当气流以孔道运行方式为主时，表面张力降低所引起的毛细压力下降是地下水中

空气饱和度提高的主要原因。

 

　　

3）当气流以鼓泡运行方式为主时，空气饱和度随着表面张力的降低而持续增加。 

　　

4）当气流以鼓泡运行方式为主时，气泡稳定性增强是空气饱和度提高的主要原因。 

　　参考文献：

 

　 　 ［

1 ］  TSAI  Y  J.  Air  flow  paths  and  porosity/permeability  change  in  a  saturated  zone 

during in situ air sparging［J］. Journal of Hazardous Materials， 2007，142:315-323. 
　　［

2］KAO C M， CHEN C Y， CHEN S C， et al. Application of in situ biosparging to