低渗透性多孔介质室内弥散实验及弥散度求解研究

低渗透多孔介质在浅部含隔水层中分布广泛,是地下水污染物迁移的重要载体,然而其弥散度的取值目前研究还不足。针对此问题,以溴化钠为示踪剂开展了低渗透多孔介质的室内弥散实验研究,介质渗透系数为0．048 m/d,通过离子选择电极法测定溴离子浓度,并分别采用解析法和数值法进行了弥散度的求解,解析法和数值法求得的弥散度分别为0．0048 m 与0．0065 m,研究成果可以为低渗透多孔介质中污染物迁移预测提供弥散度值参考。     

泡沫强化多孔介质中纳米零价铁迁移试验

通过批量模拟试验考察了纳米零价铁(NZVI)在水、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液与SDS泡沫3种流体中的沉降性能,以及3种流体输送作用下NZVI在多孔介质中的迁移分布特性.结果表明:NZVI在SDS溶液中的稳定性远大于其在水中的稳定性;搅拌速度为3000r/ min时,NZVI在泡沫中的分布较均匀且泡沫对NZVI携带量较大;NZVI对泡沫稳定性影响不大.水、SDS溶液、SDS泡沫分别作为输送流体时,NZVI迁移的最大距离分别为0.8m,7.9m和2.1m,SDS溶液和泡沫均显著促进了其在多孔介质中的运移.当NZVI由SDS溶液和泡沫输送时,其在介质中的分布范围(33.5%和42.5%)大于水(12.8%);由于重力作用,SDS溶液携带NZVI的迁移主要集中在垂向上,水平迁移能力有限;而泡沫受重力影响较小,其携带的NZVI在水平和垂直方向上的分布更为均匀.可见泡沫作为NZVI的输送流体具有明显优势.     

不同载体携带纳米零价铁在多孔介质中的迁移特性

批次试验和模拟柱试验探讨了NZVI在3种载体(水、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液和SDS泡沫)中的稳定性以及在3种载体携带作用下NZVI在多孔介质(0.25~0.5mm, 0.5~0.9mm, 0.9~1.4mm)中的迁移特性.由实验可知,对于NZVI悬浊液,在0.9~1.4mm,0.5~0.9mm和0.25~0.5mm介质中,NZVI从模拟柱中的溢出率分别为20.9%,17.4%和6.5%,NZVI在介质中分布的均匀性关系为0.9~1.4mm>0.5~0.9mm>0.25~0.5mm;对于SDS-NZVI悬浊液,NZVI在0.9~1.4mm 和0.5~0.9mm介质中的迁移性较0.25~0.5mm介质远远增强,NZVI在介质中分布均匀性关系为0.5~0.9mm>0.9~1.4mm>0.25~0.5mm;对于NZVI负载泡沫,NZVI在0.5~0.9mm与0.25~0.5mm介质中的迁移性较NZVI悬浊液和SDS-NZVI悬浊液增强,NZVI在0.5~0.9mm介质中分布均匀性较好,0.25~0.5mm其次,0.9~1.4mm均匀性最差.研究结果表明,SDS溶液和SDS泡沫与水相比较均有效促进了NZVI在3种介质中的运移,然而对于0.9~1.4mm介质,SDS溶液对NZVI迁移的促进作用较SDS泡沫更明显,对于0.25~0.5mm介质,SDS泡沫对NZVI迁移的促进作用较SDS溶液更大.     

咸水中胶体迁移-沉积对砂介质渗透性损失的

采用室内土柱试验,研究咸水中胶体迁移引起砂介质渗透性变化的特征,通过胶体迁移-沉积作用的分析对砂介质渗透性损失的机理进行了探讨.结果表明:砂介质渗透性随孔隙体积数变化的动态特征符合Boltzmann函数;砂介质渗透性总的损失率为37.4%;渗透系数的损失量随孔隙体积数的增加而增加.胶体在砂介质中的穿透曲线呈“S”型,其中的2个拐点将曲线分成开始穿透、快速穿透和平稳穿透3个阶段,但并没有完全穿透,其迁移过程中发生了沉积. 胶体沉积作用是砂介质渗透性降低的主要原因.      

咸水中胶体迁移-沉积对砂介质渗透性损失的数学模型

采用室内土柱试验,研究咸水中胶体迁移引起砂介质渗透性变化的特征,通过胶体迁移-沉积作用的分析对砂介质渗透性损失的机理进行了探讨.结果表明:砂介质渗透性随孔隙体积数变化的动态特征符合Boltzmann函数;砂介质渗透性总的损失率为37.4%;渗透系数的损失量随孔隙体积数的增加而增加.胶体在砂介质中的穿透曲线呈S型,其中的2个拐点将曲线分成开始穿透、快速穿透和平稳穿透3个阶段,但并没有完全穿透,其迁移过程中发生了沉积.胶体沉积作用是砂介质渗透性降低的主要原因.     

生物膜对饱和多孔介质渗透性影响的实验和模型研究

为了解微生物生长过程中生物堵塞对二维饱和多孔介质渗透性的影响,采用C190石英砂箱(55 cm×45 cm×1.28 cm)进行室内渗流实验,研究混合菌群KB-1在充足营养源条件下的生长情况及生物膜对饱和多孔介质渗透性的影响.实验监测了砂箱水溶液中悬浮生物量及颗粒表面附着生物量,利用共焦激光扫描技术观测了颗粒表面形成的...     

TDS对制备纳米乳化油稳定性影响的实验研究

为有效评估地下水中溶解组分对制备纳米乳化油的潜在影响,通过人工模拟配制天然地下水开展地下水TDS对制备纳米乳化油稳定性影响的批实验研究.分别采用动态光散和多重光散技术表征TDS影响下纳米乳化油粒径、背散射光通量、光子自由程以及峰厚度等指标的动态变化,以此来反映TDS对制备纳米乳化油稳定性的影响.结果显示:在TDS浓度为300、500和1000 mg·L^-1 的情况下,TDS对纳米乳化油稳定性起到正向作用.反映纳米乳化油整体稳定性的TSI随TDS增大呈现先增大后减小的趋势,相较于空白样稳定性分别提高了68.1%、55.6%和14.3%,其中300 mg·L^-1 的样品稳定性最好.依据局部TSI、背散射光强度、峰厚度和光子自由程的变化进行局部稳定性分析,识别出纳米乳化油的不稳定性主要受顶部不稳区和底部不稳区的影响.纳米乳化油顶部不稳区的不稳定性主要影响因素为液滴上浮、聚并,具体表现为体积分数增大,液滴粒径增大;而底部不稳区受上浮影响引起的纳米乳化油体积分数减小是其不稳的主要原因.进一步分析表明,TDS降低了纳米乳化油的布朗运动速率.相比于空白样,实验设计的TDS(300、500和1000 mg·L^-1)对纳米乳化油的上浮现象和液滴的聚并现象起抑制作用,并随浓度增大逐渐减弱. 300 mg·L^-1的样品对两种不稳定因素分别减轻了88%和87.7%.因此,适宜的地下水TDS可以减弱布朗运动,降低上浮现象和聚并现象,从而对纳米乳化油的稳定性起正向作用,有利于纳米乳化油在多孔介质中的迁移.     

多孔介质表面化学异质性对胶体运移的影响

研究胶体在饱和多孔介质中的迁移行为在污染物迁移、环境修复等领域具有重要意义.本文通过对比胶体在未酸洗和酸洗过的玻璃珠中的迁移行为来探究多孔介质表面异质性对胶体迁移的影响,并通过扩展DLVO理论来计算每一组中胶体与多孔介质的相互作用能.结果表明,不论在有利环境还是在不利环境下,多孔介质表面的化学杂质均会提高胶体的吸附能力,这主要归因于胶体在初级势阱中的吸附.不利环境下,多孔介质表面的化学杂质能够将不利环境转化为有利环境,而在有利环境下,化学杂质的存在可能提高胶体的单一拦截效率(η_0).此外,研究发现,高pH溶液仍然能使胶体从多孔介质表面解吸下来,并且沥滤作用仍被低估.本研究对化学杂质在胶体迁移过程中所扮演的角色有了进一步的认识,可为胶体迁移行为研究提供实验依据.     

不同酸碱条件下胶体迁移对含水介质渗透性的影响

文章通过室内土柱实验,研究胶体在迁移过程中对含水介质渗透性的影响以及不同酸碱条件下含水介质渗透性变化的特征,并从胶体的动电性质、粒径分布以及胶体与含水介质的空间排斥效应等方面对含水介质渗透性变化的微观机理进行探讨。研究结果表明,胶体溶液的酸碱度对含水介质的渗透性影响很大,中性和碱性条件下,胶体容易迁移,含水介质渗透性变化小。不同酸碱度条件下胶体粒度、表面动电性质不同:在酸性环境下出水胶体表面zeta电势和淌度为正,由于胶体带正电荷与含水介质表面所带负电荷的电性相反,电荷之间的吸引作用使胶体沉积作用加大,随着胶体聚沉在含水介质表面上渗透性急剧降低;在碱性环境中出水胶体表面zeta电势和淌度为负,电荷间的排斥作用将极大地促进胶体在含水介质中的迁移。     

多孔介质中泡沫的迁移特性和影响因素研究

通过设计一系列模拟柱实验探讨了泡沫在非饱和多孔介质中的运移特征以及泡沫质量、泡沫注入速率、介质渗透率对泡沫注入压力的影响.研究表明:泡沫气体锋面、泡沫液体锋面与泡沫锋面在多孔介质中是分离迁移的,且迁移速度大小关系为泡沫气体锋面>泡沫液体锋面>泡沫锋面;泡沫锋面相对于泡沫气体锋面的延迟系数为2.0.在泡沫运移过程中,模拟柱中压力的产生主要发生并均匀分布在泡沫覆盖区域中,固定点处压力随时间呈直线增加趋势;泡沫在1~1.2mm介质中的有效粘度为85.49mPa·s,是水在介质中运移有效粘度的84.64倍(水的有效粘度为1.01mPa·s).由此可知,泡沫注入模拟柱时需要较大的压力,主要是由于泡沫的有效粘性较大引起的.介质渗透率对泡沫注入压力的影响主要取决于泡沫注入速率;当单位面积泡沫注入速率相同时,泡沫注入压力随介质渗透率增大而降低. 当泡沫质量为91.4%时,当泡沫注入速率由2.1mL/min升高至3.2mL/min与4.4mL/min时,压力梯度由26.95psi/m升高至30.74与46.40psi/m,而当泡沫注入速率为3.2mL/min时,当泡沫质量由93.5%降低至91.4%与88.2%时,压力梯度由30.16psi/m升高至30.74与34.57psi/m,由此可知,泡沫质量与泡沫注入速率均对泡沫注入速率产生影响,然而泡沫注入速率的影响大于泡沫质量对注入压力的影响.     

乳化纳米铁浆液在含水层中的迁移特征研究

本文主要研究地下水修复试剂乳化纳米铁（EZVI）在含水层中的迁移特性和影响因素.一维模拟柱实验考察EZVI的穿透曲线和模拟柱中分布情况.结果表明：乳化植物油对纳米铁的改性显著提高了纳米铁在含水层中的迁移能力,EZVI的迁移距离为未改性纳米铁的2~3倍;EZVI中的乳化植物油会随水流迁移,分别形成纳米铁反应带和植物油反应带;岩性对迁移的影响表现为介质粒径越大,越有利于EZVI的迁移,且EZVI在粗砂中的迁移能力是细砂的1.9倍;注入速率通过影响纳米铁迁移到含水层介质表面的几率影响迁移行为,注入速率越大,迁移距离越长;共存离子对乳化纳米铁的迁移性能影响不大,会引起微量的铁的损失.最佳迁移效果的条件是3cm/min的注入速度,2g/L的注入浓度.     

纳米乳化油强化硝酸盐反硝化产气变化研究

为探究纳米乳化油原位修复硝酸盐污染地下水过程中产气对含水介质渗透性的影响,以硝酸盐为目标污染物,采用活性污泥滤液接种,分别以纳米乳化油、吐温80和司盘80为碳源开展硝酸盐降解批实验研究,探讨和评估硝酸盐降解及降解过程中的产气情况.结果显示,纳米乳化油、吐温80和司盘80均能促进硝氮的降解,在实验的100d内,共完成7个周期硝酸盐氮的有效去除,总去除率分别为79.5%、63.8%和68.8%.在硝酸盐氮降解过程中,受厌氧发酵和反硝化作用的影响,各反应体系中均有气体生成,只有活性污泥反应体系中主要产气成分是CO₂,未加碳源和分别加3种碳源的4个反应体系（都添加活性污泥和硝酸盐）中主要产气成分是CO₂、N₂.其中,添加纳米乳化油的反应体系U型管产气量最大,为47.73mL;受碳源厌氧发酵的影响,添加司盘80反应体系总产气量最大,为205.34mL.纳米乳化油反应体系次之,吐温80反应体系最小.根据三氮的变化,结合纳米乳化油反应体系理论与实际产气对比显示,在纳米乳化油强化硝酸盐反硝化过程中,18.8%纳米乳化油厌氧发酵产生CO₂,95.4%硝氮反硝化生成N₂.     

乳化油在汽车发动机上的应用及探讨

本文对乳化油的乳化性能和在汽车发动机上的发展现状进行了探讨,分析对比了混合燃料的优缺点。研究表明：汽车发动机燃用乳化油可提高热效率,有效降低NOx及碳烟排放,但动力性略差,CO排放有所增加。最后阐述了我国乳化油未来发展优势。     

纳米乳化油修复硝酸盐污染地下水过程中的微生物特征模拟实验研究

为探寻纳米乳化油原位修复地下水硝酸盐氮污染过程中微生物堵塞的形成原因,本研究采用市售的反硝化细菌接种微生物,以纳米乳化油为碳源,中砂为介质,分别建立2组反应器进行模拟实验,分析不同反应器中硝氮的降解情况,同时采用MiSeq高通量测序技术表征不同反应器的微生物菌落结构和多样性.结果表明,纳米乳化油作为碳源具有良好的降解效果,添加纳米乳化油的反应器,反应周期内硝酸盐氮的总降解效率为91.76%,而对照反应器的降解效率仅为38.11%.在硝酸盐氮降解过程中,均存在以蛋白质和多糖为主的代谢产物胞外聚合物增加的趋势,且蛋白质的含量均显著高于多糖.反应结束时,实验组和对照组的胞外聚合物累积量分别为384.49 mg和279.45 mg,单位质量硝氮降解产生的胞外聚合物分别为1.79 mg·mg^-1和39.43 mg·mg^-1.高通量测序结果显示,添加纳米乳化油会引起细菌浓度的升高及细菌群落多样性的降低,但具有反硝化作用的微生物相对丰度增加.实验组和对照组反应器中共同的优势菌门为Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria,相对丰度分别为73.35%、6.77%、8.49%及33.46%、47.15%、7.15%,纳米乳化油的添加会刺激Proteobacteria等具有较高反硝化作用的微生物增多,因此,以纳米乳化油作为碳源能够有效提高硝酸盐氮的降解效率,但与此同时纳米乳化油也会刺激微生物的生长及影响微生物群落演变.Sphingamonas、Rhodopseudomonas和Microbacterium菌属相对丰度增加,会引起粘性代谢产物增多,造成多孔介质渗透性下降和生物堵塞.     

乳化植物油强化地下水中Cr(VI)的生物地球化学还原研究

设计天然细砂模拟实验,利用乳化植物油作为电子供体,研究生物地球化学作用对Cr(VI)的还原过程和机理.结果表明,乳化油可以使地下水呈弱酸性,反应体系pH值最终为6.59;并长期维持还原环境,Eh最终降低至-158.6mV.乳化油可显著促进土著微生物的异化铁还原作用,将细砂介质中的Fe(III)还原成Fe(II)并耦合去除Cr(VI).当反应进行到14d时,Cr(VI)全部被去除,反应第28d总铬完全被去除.Fe(II)的累积对反应体系中的氧化还原环境有重要影响.当实验结束时,Fe(II)浓度为44.40mg/L,乳化油消耗了48.9%.XPS和XRD表征分析反应后的细砂,结果表明生成的Cr(III)最终以Fe-Cr无定型态沉淀存在.     

微生物在多孔介质中环境行为研究

多孔介质中的致病细菌及病毒等病原微生物迁移研究对保护饮用水资源具有重要意义.在归纳总结国内外已有研究资料的基础上,对微生物在多孔介质中迁移行为进行了分析.研究表明病原微生物作为生物胶体的一种,在迁移过程中受多种迁移机制共同作用.除常见水动力条件和水化学条件外,微生物在迁移过程中还受自身性质,介质颗粒及环境因素的影响.在此基础上,分别讨论了微生物在饱和多孔介质与非饱和多孔介质中的迁移行为,并对近年来研究热点及进展进行了简要概括.目前微生物在地下水中迁移研究日益丰富,但由于地下环境复杂性,微生物的易变异性,对于地下水系统中微生物造成的污染去除修复还需进一步探讨.     

多孔介质中微塑料的环境行为研究进展

微塑料的环境污染问题已成为当前国内外研究的前沿热点之一,近年来土壤和地下水系统中微塑料的环境行为研究得到越来越多的关注.在论述多孔介质中微塑料来源和危害的基础上,聚焦国内外学者在微塑料环境行为方面的研究,综合评述了微塑料稳定性及其在多孔介质中运移行为的最新进展,重点介绍了物理、化学和生物三方面因素的影响及作用机制.从微...     

Fractal scaling of effective diffusion coefficient of solute in porous media

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＤｉｆｆｕｓｉｏｎｍａｙｂｅｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍ(ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏａｄｖｅｃｔｉｏｎ)ｉｎｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｏｆｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗｈｉｃｈａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓｎａｔｕｒａｌｏｒａｒｔｉｆｉｃｉａｌｂａｒｒｉｅｒｓｆｏｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｔｗａｓｔｅｄｉｓｐｏｓａｌｓｉｔｅｓ.Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈｃｌａｙ,ｓｉｌｔ,ｍｕｄｒｏｃｋ…     

饱和多孔介质中胶体运移模拟方法研究进展

阐述了国内外针对胶体在饱和多孔介质中运移模拟方法的研究进展：胶体在多孔介质中由于对流和弥散作用发生运移,而由于表面沉积和筛滤作用滞留在多孔介质中,通常采用含有滞留项的对流弥散方程对胶体的运移行为进行宏观描述,并通过拟合得到胶体运移和滞留的宏观参数,但是对流弥散方程是对试验曲线的宏观描述,无法解释其背后的微观机理;胶体的运移和滞留作用由胶体的微观受力决定,包括胶体在水中的布朗运动和有效重力,胶体-胶体/胶体-固相表面之间的相互作用以及流场作用在胶体上的力3个部分;为了实现从微观受力到宏观参数的升尺度计算,研究者们提出了胶体过滤理论及其后续的修正方法对沉积速率等宏观参数进行预测,然而现有方法通常基于简化的流场,忽略了多孔介质复杂孔隙结构和表面特性的影响;孔隙结构模型是多孔介质孔隙结构的简化模型,基于该模型能够从胶体在多孔介质中的微观力学分析出发,预测胶体的宏观运移行为,然而已有研究中尚未全面的考虑胶体在多孔介质中运移和滞留的多种作用.本文总结了该领域待解决的问题,包括建立考虑微观机理的对流弥散方程,发展考虑多孔介质孔隙结构的胶体过滤理论以及完善基于孔隙结构模型的胶体运移模拟方法.     

咸淡水界面上含水介质的水敏感性研究

在野外水文地质调查的基础上,采集大沽河下游咸水入侵区砂样,通过室内渗流柱咸淡水驱替试验,分别研究了盐度突变和渐变条件下咸淡水界面上含水介质的水敏感性.研究结果表明,在盐度突变条件下含水多孔介质的渗透系数下降了50.0%,而在盐度渐变条件下渗透系数只下降了25.1%,溶液盐浓度递减速率越快则渗透性降低程度越大;随着渗透时间的延长,渗透系数可降低1～3个数量级,且渗透性的降低具有不可逆性.另外,本区渗透性发生变化主要是由伊利石、高岭石和绿泥石这些非膨胀性粘粒在渗流柱内迁移和沉积引起的.