地下水中非水相液體的污染和治理問(wèn)題是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn).重非水相液體密度比水大，常見(jiàn)的DNAPL包括三氯乙烯、四氯乙烯等氯代烴，在世界各地地下水中被頻繁檢出.由于低水溶性、弱遷移性、難降解性并能穿透含水層而滯留在含水層底部，形成長(zhǎng)期的污染源，其遷移和修復(fù)比一般的污染物甚至是LNAPLs更加復(fù)雜.
地下水曝氣技術(shù)被認(rèn)為是篩除飽和土壤和地下水中可揮發(fā)性有機(jī)化合物的最有效方法.它是一項(xiàng)將空氣注入到含水層飽和區(qū)中通過(guò)空氣流的吹脫作用去除VOCs并增強(qiáng)微生物降解效果的創(chuàng)新性原位修復(fù)技術(shù)，具有低成本、高效率和原位操作的突出優(yōu)勢(shì).國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家和學(xué)者的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用研究表明AS技術(shù)對(duì)于地下水NAPLs污染物的去除效果非常明顯，已成為地下水NAPLs修復(fù)技術(shù)的首選.
生物修復(fù)技術(shù)治理地下有機(jī)污染不僅費(fèi)用低而且效果好，沒(méi)有或很少有二次污染.大量原位生物修復(fù)的研究工作證明，在微生物降解污染物的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生難溶于水的氣體，比如厭氧菌中的產(chǎn)甲烷菌在修復(fù)氯代烴所產(chǎn)生的甲烷氣體，反硝化菌在生物脫氮時(shí)產(chǎn)生的氮?dú)獾?采用地下水曝氣技術(shù)或生物修復(fù)方法修復(fù)土壤和地下水中DNAPL污染時(shí)，會(huì)使含水層介質(zhì)中出現(xiàn)大量人工注入的或生物作用產(chǎn)生的氣體.這些氣體的存在變化了原來(lái)的飽水地下水系統(tǒng)，形成了更加復(fù)雜的多相流地下水系統(tǒng)，氣體的存在必然對(duì)DNAPL在新的復(fù)雜多相流系統(tǒng)中的運(yùn)移產(chǎn)生影響.
相關(guān)學(xué)者通過(guò)建立二維砂箱來(lái)定性或定量研究NAPL在非飽和區(qū)域的運(yùn)移行為.其中光透法作為一種無(wú)損，非侵入的監(jiān)測(cè)（Food Monitor)方法被廣泛用于二維砂箱的室內(nèi)監(jiān)測(cè).CCD相機(jī)的應(yīng)用更是極大地提高了監(jiān)測(cè)時(shí)間的即時(shí)性和空間的高密度性，其中時(shí)間分辨率可達(dá)到1 s，空間分辨率小于1 mm2.基于以上研究基礎(chǔ)和科學(xué)問(wèn)題，采用光透法電荷耦合裝置監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)室內(nèi)二維砂箱試驗(yàn)，選擇TCE為目標(biāo)(cause)污染物，以飽水條件下DNAPL的運(yùn)移作為對(duì)照，研究人工注氣和生物產(chǎn)氣條件下DNAPL在孔隙介質(zhì)中的運(yùn)移，探討氣體存在對(duì)于DNAPL運(yùn)移的影響，這一研究對(duì)于DNAPL運(yùn)移及修復(fù)研究尤其是修復(fù)策略制定有重要的參考意義.然而，國(guó)內(nèi)外卻未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道.
2 光透法原理
光透法原理主要基于比爾-朗伯定律，又稱比爾定律、布格-朗伯-比爾定律，是光吸收的基本定律，適用于所有的吸光物質(zhì)，包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子.當(dāng)光照射于某一吸收介質(zhì)的表面，在通過(guò)一定厚度的介質(zhì)后，由于介質(zhì)吸收了一部分光能，透射光的強(qiáng)度減弱，吸收介質(zhì)的濃度愈大，介質(zhì)的厚度愈大，則光強(qiáng)度的減弱愈顯著.比爾-朗伯定律可表達(dá)為：
式中，I是指穿過(guò)介質(zhì)i后的光強(qiáng)，I0是入射光源的光強(qiáng)，μi是介質(zhì)i的吸收系數(shù)，li是介質(zhì)i的厚度.其中C是一個(gè)光學(xué)幾何參數(shù)，與發(fā)光點(diǎn)和觀察點(diǎn)的位置有關(guān)，對(duì)于準(zhǔn)直光源或是光源和介質(zhì)到接收器的距離大致相同時(shí)，C可以作為一個(gè)常量忽略不計(jì).在本實(shí)驗(yàn)中，CCD相機(jī)距砂箱的距離遠(yuǎn)大于燈箱與砂箱間的距離, 符合上述假定條件，故C在此處忽略不計(jì).
當(dāng)光穿過(guò)一個(gè)多相系統(tǒng)時(shí)，結(jié)合菲涅耳定律，比爾-朗伯定律亦可表達(dá)為：
式中，τj, k是指穿過(guò)相j及相k間界面的透射率，其它符號(hào)的意義與式相同，此處不再贅述.根據(jù)菲涅耳定律。膜生物反應(yīng)器在污水處理，水資源再利用領(lǐng)域，MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。中空纖維膜紡絲機(jī)通過(guò)膜技術(shù)進(jìn)行水處理，應(yīng)用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫(yī)院、小區(qū)污水會(huì)用、造紙等生產(chǎn)生活污水處理。膜分離技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術(shù)。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過(guò)膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過(guò)膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達(dá)到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)濾過(guò)程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長(zhǎng)期使用。膜生物反應(yīng)器膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)之膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)活性污泥（MLSS）濃度可提升至8000~10,000mg/L，甚至更高；污泥齡(SRT)可延長(zhǎng)至30天以上。
式中，nj，nk分別是指兩個(gè)相鄰相j，k的折射率.本實(shí)驗(yàn)中水、空氣、染色前TCE及石英砂的折射率分別為1.33299、1.00027、1.4782和1.547.染色后TCE的吸收系數(shù)不可忽略，透光性變?nèi)酰驹囼?yàn)中其透光性介于水和氣體之間.根據(jù)比爾-朗伯定律、菲涅爾定律，結(jié)合本試驗(yàn)具體條件可知，對(duì)于具體某一像素點(diǎn)，介質(zhì)完全飽水時(shí)的光強(qiáng)最大，完全飽氣時(shí)的光強(qiáng)值最小，而充滿染色后TCE或處于中間狀態(tài)時(shí)的光強(qiáng)值則介于前二者之間.
3 材料與方法3.1 實(shí)驗(yàn)裝置
在室內(nèi)建立了透射光系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)DNAPL的運(yùn)移形態(tài)，其中透射光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括3個(gè)部分：二維砂箱，燈箱和CCD相機(jī).實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖見(jiàn)圖 1.實(shí)驗(yàn)裝置的具體細(xì)節(jié)和參數(shù)可以參考Ye等，楊靖等，簡(jiǎn)單介紹如下：二維砂箱尺寸為：55 cm寬×45 cm高×1.28 cm厚，由兩塊厚度為10 mm的鋼化玻璃內(nèi)夾一個(gè)厚度為12.8 mm的中心鋁框組成，并利用兩個(gè)鋁質(zhì)邊框在外部進(jìn)行固定，鋁質(zhì)邊框的大小略大于玻璃.玻璃與中心框之間利用橡膠條和玻璃膠進(jìn)行密封.砂箱具體示意圖見(jiàn)圖 2，孔14~16作為進(jìn)水口，出水口在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固定在略高于砂箱頂部的高度，孔17和26連接水壓管測(cè)量砂箱內(nèi)水壓，其它孔作為取樣口或注樣口使用.燈箱作為砂箱的唯一光源，位于砂箱的一側(cè)12.5 cm處，由六根平行的日光燈管發(fā)光經(jīng)過(guò)擴(kuò)散板后保證光源的均勻性.CCD相機(jī)連接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)并位于砂箱另一側(cè)1.8 m處，置于與砂箱一體的木質(zhì)暗箱內(nèi)，用來(lái)接收透過(guò)砂箱的光照，并通過(guò)軟件Maxim DL記錄其光強(qiáng)值.孔隙介質(zhì)為半透明石英砂，平均粒徑為0.73 mm，顆粒均勻性指數(shù)為1.21，孔隙度約為0.338.采用分層填充的方式將石英砂濕裝填入砂箱內(nèi)，約2 cm為一層，每層間充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟛簩?shí).三氯乙烯作為此次研究DNAPL代表污染物，實(shí)驗(yàn)中利用油紅O對(duì)TCE染色，染色濃度為100 mg?L-1.實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)一使用相同染色濃度的TCE，因此染色后的TCE在下文中亦簡(jiǎn)稱為T(mén)CE.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中利用注射泵或蠕動(dòng)泵將目標(biāo)物質(zhì)注入砂箱內(nèi).
圖 1
圖 1透射光系統(tǒng)示意圖
圖 2
圖 2砂箱示意圖
3.2 二維砂箱試驗(yàn)3.2.1 飽水條件下DNAPL注入實(shí)驗(yàn)
首先，在飽水的砂箱中進(jìn)行TCE注入試驗(yàn).在完全飽水砂箱中，通過(guò)孔8垂直插入的不銹鋼(不銹耐酸鋼)注樣針注入TCE，注入點(diǎn)位置位于砂箱頂部下部約7 cm處.通過(guò)蠕動(dòng)泵向砂箱注入TCE，整個(gè)TCE注入過(guò)程持續(xù)34 min，0~5 min的注入速度為15 mL?min-1，6~34 min的注入速度為5 mL?min-1，TCE注入過(guò)程中只有出水口孔1處于打開(kāi)狀態(tài).TCE注入完成后，關(guān)閉注入口和出水口，砂箱靜置7 d.注入TCE前，利用CCD相機(jī)記錄飽和砂箱飽水時(shí)光強(qiáng)值.TCE注入過(guò)程中利用CCD相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)砂箱的光強(qiáng)值，在TCE注入過(guò)程中CCD相機(jī)的拍照間隔設(shè)為1 min，在砂箱靜置過(guò)程中則設(shè)為1 h.
3.2.2 人工注氣條件下DNAPL注入實(shí)驗(yàn)
其次，在砂箱中分別先后進(jìn)行了人工注氣和TCE注入試驗(yàn).在完全飽水的砂箱中，通過(guò)孔9垂直插入不銹鋼注樣針，在砂箱頂部往下約27 cm處注入空氣.為了不考慮氣體的溶解，保證在氣體的注入過(guò)程中氣體不會(huì)溶解在水中，注氣前利用經(jīng)過(guò)充分曝氣的水充分驅(qū)替砂箱中的水.本實(shí)驗(yàn)中，采用了手動(dòng)、注射泵和蠕動(dòng)泵3種不同的注入方式，具體過(guò)程見(jiàn)表 1.氣體注入結(jié)束后，稱量排出水的體積為223.54 mL.注氣過(guò)程完成后，砂箱靜置24 h，箱內(nèi)氣體分布未發(fā)現(xiàn)有明顯變化，氣體分布達(dá)到穩(wěn)定.在人工注氣分布穩(wěn)定的砂箱中，與飽水條件下類(lèi)似，通過(guò)在孔8垂直插入不銹鋼注樣針，注入點(diǎn)位于砂箱頂部往下約7 cm處，利用蠕動(dòng)泵以5 mL?min-1的速度往砂箱注入TCE，共計(jì)注入194.37 mL TCE，TCE注入完成后砂箱靜置6 d.在整個(gè)注入及靜置實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，CCD相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)砂箱內(nèi)的光強(qiáng)變化.在人工注入氣體前，CCD相機(jī)記錄砂箱飽水時(shí)的光強(qiáng)值.在注入TCE前，CCD相機(jī)記錄砂箱人工注氣完成時(shí)的光強(qiáng)值.TCE注入過(guò)程中利用CCD相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)砂箱的光強(qiáng)值，在TCE注入和砂箱靜置過(guò)程中CCD相機(jī)的拍照間隔都設(shè)為3 min.
3.2.3 生物產(chǎn)氣條件下DNAPL注入實(shí)驗(yàn)
最后，在砂箱內(nèi)分別先后進(jìn)行了生物產(chǎn)氣和TCE注入試驗(yàn).本試驗(yàn)中采用的微生物是KB-1，是一種從三氯乙烯甲醇污染場(chǎng)的土壤和地下水中提取的復(fù)合菌群，可用于降解所有的氯代乙烯，如四氯乙烯，三氯乙烯等.通過(guò)底部孔21、22、23接種KB-1菌液250 mL，通過(guò)砂箱底部各孔注入150 mL的500 mg?L-1甲醇溶液/3 d.微生物生長(zhǎng)約3個(gè)月后，砂箱內(nèi)有明顯的氣體分布，累計(jì)共有263 mL的水排出砂箱.此時(shí)通過(guò)孔9不銹鋼注樣針，注入點(diǎn)位于砂箱頂部以下約5 cm處，以1.3 mL?min-1的速度注入TCE，持續(xù)122 min，注入結(jié)束后稱量排出水的體積為173.38 mL，TCE注入結(jié)束后砂箱靜置7 d.砂箱接種KB-1前，利用CCD相機(jī)記錄砂箱飽水時(shí)的光強(qiáng)值.在注入TCE前，CCD相機(jī)記錄砂箱生物產(chǎn)氣完成時(shí)的光強(qiáng)值.TCE注入過(guò)程中利用CCD相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)砂箱的光強(qiáng)值，在TCE注入過(guò)程中CCD拍攝間隔設(shè)為1 min，在砂箱靜置的過(guò)程中則設(shè)為1 h.
4 結(jié)果與討論4.1 系統(tǒng)誤差分析
由于透射光系統(tǒng)的穩(wěn)定性和外界因素的干擾造成光強(qiáng)測(cè)量值的誤差，所以選取參照區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)誤差分析.AOR選取標(biāo)準(zhǔn)為：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中該區(qū)域砂箱內(nèi)介質(zhì)狀態(tài)保持恒定，即光強(qiáng)信息理論上應(yīng)保持不變，AOR位置（position )見(jiàn)圖 3.此外，對(duì)AOR不同時(shí)刻光強(qiáng)變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：選擇飽水條件下的兩個(gè)不同時(shí)刻，簡(jiǎn)稱為飽水狀態(tài);選擇TCE注入前和注入后兩個(gè)時(shí)刻，簡(jiǎn)稱為注入狀態(tài)，用以研究TCE注入時(shí)AOR光強(qiáng)情況(Condition).AOR光強(qiáng)變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表 2和圖 4.據(jù)圖 4知：對(duì)于飽水狀態(tài)的光強(qiáng)變化量統(tǒng)計(jì)，不同試驗(yàn)系統(tǒng)誤差分布特性為中間集中，兩端較少，整體近似為正態(tài)分布;表 2中的統(tǒng)計(jì)參數(shù)卻不相同且均值都不為零，甚至與零值偏差較大.說(shuō)明了透射光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差在不同時(shí)刻均服從正態(tài)分布，但參數(shù)具有一定的隨機(jī)性.對(duì)于試驗(yàn)1-飽水條件下，飽水狀態(tài)和注入狀態(tài)理論上AOR介質(zhì)都是完全飽水的，但是統(tǒng)計(jì)參數(shù)卻相差較大，說(shuō)明透射光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差與時(shí)間有關(guān).相關(guān)研究亦表明：系統(tǒng)誤差與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光源和CCD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)、關(guān)有關(guān)，同時(shí)燈光的輸出強(qiáng)度與室溫也相關(guān).
圖 3
圖 3不同條件下TCE注入完成后CCD圖片
圖 4
圖 4飽水狀態(tài)AOR光強(qiáng)變化量統(tǒng)計(jì)直方圖
為了進(jìn)一步研究系統(tǒng)誤差并驗(yàn)證透射光系統(tǒng)監(jiān)測(cè)（Food Monitor)技術(shù)的有效性，選取一個(gè)特定區(qū)域，選取標(biāo)準(zhǔn)為：TCE注入完成時(shí)該區(qū)域發(fā)生了明顯的光強(qiáng)變化，稱之為影響區(qū)域，位置見(jiàn)圖 3，光強(qiáng)變化量統(tǒng)計(jì)參數(shù)(parameter)見(jiàn)表 2.據(jù)表 2知，飽水狀態(tài)同一試驗(yàn)中AOR和AOI的統(tǒng)計(jì)參數(shù)也表現(xiàn)出了差異，這說(shuō)明系統(tǒng)誤差與空間位置相關(guān).對(duì)于注入狀態(tài)，3組試驗(yàn)中AOI光強(qiáng)變化量均值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于AOR，同時(shí)AOI的95%置信下限亦遠(yuǎn)大于AOR區(qū)域的95%置信上限，說(shuō)明透射光監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然具有一定的誤差，但仍可有效地監(jiān)測(cè)多相流系統(tǒng)中流體的運(yùn)移.
為區(qū)分光強(qiáng)變化量是由系統(tǒng)誤差造成還是由TCE注入引起，此處引入一個(gè)閾值：系統(tǒng)誤差引起光強(qiáng)變化的95%置信上限.在TCE注入過(guò)程中，當(dāng)光強(qiáng)變化量高于ThV時(shí)則認(rèn)為是由TCE注入引起的，是有效的光強(qiáng)變化量.反之，當(dāng)光強(qiáng)變化量低于或等于ThV時(shí)則認(rèn)為是由于系統(tǒng)誤差造成的，是無(wú)效的光強(qiáng)變化量.
4.2 氣體分布及飽和度計(jì)算
3個(gè)砂箱中TCE注入前的光強(qiáng)分布如圖 5所示.其中圖 5a是砂箱飽水時(shí)的光強(qiáng)分布情況，顯示受填砂方式方法等人為因素的影響介質(zhì)表現(xiàn)出一定的非均質(zhì)性和成層性，實(shí)驗(yàn)中難以保證絕對(duì)均質(zhì).圖 5b顯示了TCE注入砂箱前單點(diǎn)人工注氣產(chǎn)生的氣體分布情形.在人工注氣的過(guò)程中，氣體以垂直向上運(yùn)動(dòng)為主，最終在砂箱頂部形成約8~10 cm的人工氣體連續(xù)分布，圖 5b中實(shí)線勾勒了人工注氣形成氣體分布的外部輪廓.單點(diǎn)的注氣方式，使得連續(xù)氣體分布下方形成一個(gè)類(lèi)似'倒三角'的遷移路徑，可見(jiàn)氣體遷移的'指狀'通道.圖 5c是菌群KB-1接種到砂箱約3個(gè)月以后，形成的最終氣體分布情況.氣體隨機(jī)不連續(xù)地分布于整個(gè)砂箱中，未能形成大范圍(fàn wéi)的連續(xù)氣體分布，在砂箱頂部形成了局部小范圍的連續(xù)氣體分布區(qū)域."指狀"通道現(xiàn)象與人工注氣相比更加明顯，圖中紅點(diǎn)代表了被水包裹的封閉性氣泡.從圖 5c中亦可以看出八根長(zhǎng)短不一的取樣針位置，這些取樣針用于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集水樣進(jìn)行測(cè)試分析.
圖 5
圖 5光強(qiáng)分布圖
Niemet和Selker基于光透法原理建立了關(guān)于如何利用光強(qiáng)值求解流體飽和度的5個(gè)水/氣模型，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)條件，選擇(xuanze)水/氣模型，此處不詳細(xì)介紹.章艷紅等為了簡(jiǎn)化模型，引入了新的參數(shù)C1，利用公式Sg=ln/ln計(jì)算氣體飽和度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體得到參數(shù)取值為0.10，計(jì)算得到氣體飽和度分布如圖 6所示.
圖 6
圖 6砂箱氣體飽和度分布圖
4.3 DNAPL入滲和再分布
將TCE的運(yùn)移分為入滲和再分布兩個(gè)階段，其中TCE注入階段為入滲期，TCE停止注入后砂箱進(jìn)入再分布期.3組試驗(yàn)中由TCE入滲和再分布引起光強(qiáng)值的變化如圖 7所示.相關(guān)研究表明：如果DNAPL的量足夠多，可以克服毛管壓力和驅(qū)逐孔隙中的水，DNAPL在重力作用下將繼續(xù)往下遷移直到到達(dá)弱透水層.在飽水條件下，TCE主要是在自身重力的影響下以垂向滲流為主，垂向滲流的同時(shí)存在一定的水平滲流，局部存在明顯的水平滲流.這可能與前面提到的介質(zhì)局部非均質(zhì)性有關(guān)，砂箱內(nèi)出現(xiàn)局部相對(duì)較松散或密實(shí)的情形.5~15 min內(nèi)，TCE污染羽前緣以蠕動(dòng)(wriggle)泵5 mL?min-1的注入速度下10 min內(nèi)在飽水砂箱中向下遷移的距離是20.47 cm，平均垂向下遷速度是2.05 cm?min-1.
圖 7
圖 7不同飽水條件下TCE入滲和重分布過(guò)程中光強(qiáng)變化量分布
與飽水條件下TCE遷移相比，人工注氣試驗(yàn)中NAPL/水/氣三相系統(tǒng)中TCE的遷移仍是受自身重力影響以垂直向下運(yùn)動(dòng)為主，然而氣體的存在使得TCE的遷移更為復(fù)雜，污染羽整體形狀更加不規(guī)則，尤其是水/氣界面和氣體遷移通道處.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在depth約5 cm，x方向10~20 cm處存在明顯的水平運(yùn)動(dòng).在注入點(diǎn)附近，污染羽形狀呈"寬口"型，相對(duì)于飽水條件橫向擴(kuò)散更加活躍，這可能與TCE的揮發(fā)有關(guān)，大范圍的連續(xù)分布?xì)怏w使得TCE能夠以氣態(tài)形式的存在.從圖 7b可以看出，TCE在飽水區(qū)域向下遷移的距離明顯大于非飽水區(qū)域，在本試驗(yàn)中DNAPL在飽和區(qū)向下遷移速度更快，說(shuō)明下遷過(guò)程優(yōu)先驅(qū)替孔隙中的水.但是圖 7b中非飽和區(qū)域的橫向遷移比飽水區(qū)域更加明顯，說(shuō)明TCE在進(jìn)行橫向遷移時(shí)時(shí)更傾向于驅(qū)替孔隙中的空氣.DNAPL在橫向遷移時(shí)，當(dāng)有足夠大的可利用的壓力使自由相的NAPL通過(guò)毛孔時(shí)，NAPL便會(huì)取代曾經(jīng)占據(jù)的空氣或水.所需壓力的大小取決于作用在毛孔兩邊不同流體的毛細(xì)作用力的大小.毛細(xì)力作用在這兩個(gè)流體單元的方式在某種程度上可以解釋為可濕潤(rùn)性的作用：即能進(jìn)入毛孔的歸類(lèi)為可濕潤(rùn)流體.在空氣/NAPL/水的系統(tǒng)中，可濕潤(rùn)性流體的濕潤(rùn)性為：水 > NAPL > 空氣.因此，NAPL在進(jìn)行橫向遷移時(shí)優(yōu)先驅(qū)替孔隙中的空氣，占據(jù)空氣的孔隙空間.人工注氣條件下，在5 mL?min-1的注入速度下TCE污染羽前緣9 min內(nèi)在砂箱中向下遷移的距離是15.57 cm，得到平均垂向下遷速度是1.72 cm?min-1.然而，在飽水條件TCE平均垂向下遷速度是2.05 cm?min-1，這說(shuō)明氣體的存在對(duì)TCE的垂向向下遷移具有阻礙作用，與圖 7b中TCE在氣體內(nèi)更易進(jìn)行橫向遷移現(xiàn)象吻合.在TCE重分布的過(guò)程中連續(xù)氣體分布的界面處存在較明顯的光強(qiáng)變化，造成這一變化可能有以下原因：
①TCE進(jìn)入重分布時(shí)期由于連續(xù)氣體分布的存在使得TCE易以揮發(fā)態(tài)的形式存在，從而引起水/氣界面的下移;
②TCE入滲過(guò)程中氣體被TCE驅(qū)替出來(lái)后由于出水口的設(shè)計(jì)不易排出砂箱而且TCE的注入阻礙了氣體的向上遷移，靜置過(guò)程中氣體通過(guò)(tōng guò)原有的遷移通道開(kāi)始向上遷移并在頂部累積造成水/氣界面下移;
③試驗(yàn)中通過(guò)(tōng guò)注射泵或蠕動(dòng)泵的外部壓力將TCE注入砂箱內(nèi)而且注入點(diǎn)位于氣體分布內(nèi)，TCE入滲過(guò)程中由于增加的外力影響(influence)使得氣體壓力變大，從而引起氣體體積（volume)壓縮;在重分布過(guò)程中這個(gè)外力的影響消失，氣體壓力變小，從而體積變大，造成水/氣界面下移.
在生物產(chǎn)氣的條件下，感染羽形狀整體呈"狹長(zhǎng)"型，TCE的入滲過(guò)程(guò chéng)還是受重力影響下的垂向下遷為主，遷移過(guò)程中橫向擴(kuò)散卻弱于人工注氣和飽水的情況下，可能與大范圍的不連續(xù)氣體分布和TCE注入速度有關(guān).因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中的生物產(chǎn)氣在砂箱頂部未能形成大范圍的連續(xù)氣體分布，所以在注入點(diǎn)附近未發(fā)現(xiàn)人工注氣中出現(xiàn)的"寬口"型的污染羽形態(tài)，TCE在注入點(diǎn)附近的橫向遷移弱于人工注氣條件.對(duì)比圖 6b和7f，TCE注入結(jié)束后，污染池底部光強(qiáng)值變化比較明顯的區(qū)域位于x方向約10~30 cm和40~50 cm處，然而生物產(chǎn)氣氣體飽和度分布圖中這些區(qū)域的氣體飽和度卻相對(duì)較低.相反地，圖 7f中污染池底部光強(qiáng)值變化較弱的區(qū)域生物產(chǎn)氣氣體飽和度卻相對(duì)較高.根據(jù)光透法原理可知，水/氣兩相系統(tǒng)中氣體飽和度和由氣體引起的光強(qiáng)變化量存在正相關(guān)的關(guān)系.在污染池底部區(qū)域，由生物產(chǎn)氣引起的光強(qiáng)變化量越大，氣體飽和度越大，但是由TCE注入引起的光強(qiáng)變化量卻越小.因此說(shuō)明TCE在水平滲流時(shí)，由TCE注入引起的光強(qiáng)變化量和由生物產(chǎn)氣引起的光強(qiáng)變化量存
