(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210596288.8 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路２ 号 (72)发明人 蔡喜运　司明睿　卢阳阳　谢晴　 荣泽明　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) B09C 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种地下水原位化学氧化系统过硫酸盐影 响半径的预测模型 (57)摘要 本发明提供了一种地下水原位化学氧化系 统过硫酸盐影 响半径的预测模型， 属于地下水有 机污染修复领域。 基于目前对 氧化药剂影响半径 预测困难， 并且对氧化药剂影 响半径随时间变化 规律缺乏理论认识， 本发明综合考虑含水层介 质、 氧化剂消耗及输送技术参数对 未活化过硫酸 盐在未污染含 水层介质中的运移 影响规律， 建立 了过硫酸盐影 响半径的预测模型。 根据文献实验 结果， 对过硫酸盐在地下水中运移的对流 ‑弥散 方程进行外部模 型验证， 结果证实过硫酸盐在地 下水中运移的数值模型具有良好的准确性。 模拟 应用的结果显示本模型对于过硫酸盐原位化学 氧化技术的应用优化具有指导 意义。 权利要求书3页 说明书10页 附图8页 CN 114925533 A 2022.08.19 CN 114925533 A 1.一种地下水原位化学氧化系统过硫酸盐影响半径的预测模型， 其特征在于， 步骤如 下： (1)基于ISCO系统对过硫酸盐在地下 水中运移的数值模拟 过硫酸盐在地下水中的运移遵循对流—弥散方程， 如式(1)； 过硫酸盐浓度的变化包括 由地下水对流作用引起的浓度变化、 地下水弥散作用引起的浓度变化和过硫酸盐衰减作用 引起的浓度变化 三部分加 和组成； 式中： C为过硫酸 盐的质量浓度， g/L； t为时间， d； xi为距离， m； Dij为弥散系数张量， m2/d； vi为地下水流速， m/d； n 为有效孔隙度； Γ为过硫酸盐由于反应所造成的消耗项； 过硫酸盐影响半径在连续注入阶段和扩散阶段的变化； ①连续注入阶段的过硫酸盐影响半径 连续注入阶段持续时间很短， 过硫酸盐衰减作用被忽略， 则连续注入阶段过硫酸盐影 响半径为地下水对流作用引起的过硫酸盐影响半径变化与地下水弥散作用引起的过硫酸 盐影响半径变化之和， 见式(2)： Yinj＝Y1+Y2     (2) 式中： Yinj为注入阶段过硫酸盐影响半径， m； Y1为注入阶段地下水对流作用引起的过硫 酸盐影响半径变化， m； Y2为注入阶段地下 水弥散作用引起的过硫酸盐影响半径变化， m； ②扩散阶段 过硫酸盐影响半径 在扩散阶段， 过硫酸盐影响半径是在连续注入阶段结束后形成的过硫酸盐影响半径基 础上发生变化； 地下水对流作用使过硫酸盐整体沿地下水流动方向发生平移， 不影响过硫 酸盐整体的浓度分布； 而过硫酸盐衰减作用使过硫酸盐浓度分布发生改变， 间接影响过硫 酸盐所受地下水弥散作用； 所以， 需额外考虑过硫酸盐衰减和地下水弥散的复合作用对过 硫酸盐影响半径变化的影响； 因此， 过硫酸盐影响半径的变化包括Yinj、 YL1、 YL2、 YL3、 YL4的贡献， 见式(3)： YL＝Yinj+YL1+YL2+YL3+YL4     (3) 式中： YL为扩散阶段过硫酸盐影响半径， m； YL1为地下水对流作用引起的过硫酸盐影响 半径变化， m； YL2为地下水弥散作用引起的过硫酸盐影响半径变化， m； YL3为过硫酸盐衰减作 用引起的过硫酸盐影响半径变 化， m； YL4为过硫酸盐衰减与地 下水弥散复合作用引起的过硫 酸盐影响半径变化， m； 通过地下水水流和溶质运移模拟软件， 基于公式(1)对过硫酸盐在地下水中的运移进 行数值模拟， 以获得不同含水层介质、 过硫酸盐消 耗和输送技术参数下过硫酸盐影响半径 随时间的变化结果； (2)过硫酸盐影响半径预测模型的构建 基于数值模拟结果， 分别确定与Y1、 Y2、 YL1、 YL2、 YL3和YL4相关的参数； ①注入阶段地下 水对流作用引起的过硫酸盐影响半径变化Y1 仅考虑地下水对流作用时， 根据质量守恒， 注入过硫酸盐溶液的总体积等于过硫酸盐 影响区域中所被过硫酸盐溶液填充的有效孔隙体积， 见 式(4)， Y1与含水层介质厚度 M、 有效权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114925533 A 2孔隙度n、 注入过硫酸盐流 量Q和时间tinj有关， Y1表示为式(5)： Qtinj＝ πY12Mn   (4) ②注入阶段地下 水弥散作用引起的过硫酸盐影响半径变化Y2 Y2与注入阶段地下水弥散作用强弱有关， 地下水弥散作用强弱可基于弥散通量J来判 断， 见式(6)； 式中： vr为注射过程所产生的径向流速， m/d； r为径向距离， m； 为径向浓度梯度； 与Y2变化相关的参数有含水层介质厚度M、 有效孔隙度n、 纵向弥散度αL、 注入过硫酸盐 流量Q和浓度C0； ③扩散阶段地下 水对流作用引起的过硫酸盐影响半径变化YL1 YL1的值即为扩散阶段地下水对流作用使过硫酸盐整体沿地下水流向发生平移的距离， 与YL1变化相关的参数有地下 水流速v、 扩散时间t， YL1表示为式(8)： YL1＝vt    (8) ④扩散阶段地下 水弥散作用引起的过硫酸盐影响半径变化YL2 根据式(1)， 在扩散阶段地下 水弥散作用导 致的过硫酸盐浓度变化用式(9)表示； 式中： DL为纵向弥散系数， m2/d， DL＝αLv； DT为横向弥散系数， m2/d， DT＝αLβ v， β 为含水层 介质横纵弥散度比值； 因此， 与YL2有关的参数为DL、 DT、 和 注射结束后过硫酸盐浓度梯度分 布与C0、 αL和tD有关， 其中tD为无量纲时间， tD的计算见式(10)： tD＝Qtinj/(2 πMnαL2)   (10) 综上， 与YL2变化相关的参数包括含水层介质纵向弥散系数DL、 横向弥散系数DT、 纵向弥 散度αL、 注入过硫酸盐浓度C0和无量纲时间tD； ⑤扩散阶段 过硫酸盐衰减作用引起的过硫酸盐影响半径变化YL3 在扩散阶段， 过硫酸盐与含水层介质中有机质反应而不断被消耗， 相较于过硫酸盐的 消耗， 有机质的消耗量很小； 故忽略含水层中有机质的氧化消耗， 即设定有机质含量不变， 采用伪一级动力学方程来描述过硫酸盐的氧化消耗； 定义k'为伪一级速率系数， 见式(11)， 其中kNOM为过硫酸盐与有机质反应的二级速率系数， CNOM为含水层 介质中有机质含量； k'＝kNOMCNOM   (11) k'的大小影响过硫酸盐衰减作用的强弱， 此外， YL3的变化还受过硫酸盐浓度梯度的影权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114925533 A 3