有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

地下水溶质迁移规律研究概述

在地下水的相关研究中,地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟。相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段。总结并阐述了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例进行总结分析。针对国内有关地下水金属迁移、胶体迁移、微生物作用、耦合作用等方面研究进行了概述,并在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破进行分析。     

非均性多孔介质中生物炭胶体的迁移行为研究

生物炭颗粒在多孔介质中的迁移行为不仅决定了其在环境中的归趋,也极大地影响了被吸附污染物的环境行为.以往的研究主要集中在生物炭胶体在均性多孔介质中的迁移行为,但实际环境介质通常是非均性的,目前对生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移行为知之甚少.本研究采用两种不同粒径的石英砂构建了上下两层非均性填充柱（上层细颗粒,下层粗颗粒）,研究了生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移和截留行为,考察了溶液离子强度和pH对生物炭胶体迁移能力的影响.研究结果表明在非均性多孔介质中,生物炭胶体具有很高的迁移能力,在离子强度为1~50 mmol·L^-1,pH为4.0~11.0条件下,生物炭胶体的迁移率达40.2%~88.0%.非均性介质中生物炭胶体的截留曲线表现为非单调型曲线,截留量峰值往往出现在细-粗石英砂的交界面处（细石英砂侧）,这与非均性介质中显著的电荷异质性、介质尺寸异质性和迁移过程中传质通量异质性有关.生物炭胶体在上层细石英砂中的截留量显著大于其在下层粗石英砂中的截留量,表明上层细石英砂是影响生物炭胶体迁移行为的关键层.随着溶液离子强度增加,生物炭胶体自团聚作用增强,其与石英砂介质间界面作用能垒降低,因而生物炭胶体的迁移能力减弱.由于生物炭胶体与细石英砂间的物理张力作用趋于显著,增加离子强度提高了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.中性和碱性条件下生物炭胶体的迁移能力较强,而在酸性条件下,生物炭胶体表面电负性显著降低,团聚体粒径增大,生物炭胶体的迁移能力较弱.降低溶液pH增加了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.本研究的结果将有利于人们更好地了解生物炭胶体在复杂多孔介质中的迁移行为,为全面评估生物炭的潜在环境风险提供理论支持.     

混合钠-钙电解质溶液的物质的量比和胶体粒径对胶体在饱和多孔介质中运移的影响

通过室内砂柱实验,研究了饱和多孔介质中,相同离子强度条件下,混合钠-钙电解质溶液的Ca~(2+)/Na~+物质的量比和胶体粒径对胶体运移的影响.实验结果表明,胶体粒径相同时,随着背景电解质溶液物质的量比的增大,胶体的滞留量增多;物质的量比相同时,相同质量浓度条件下,粒径越小的胶体滞留量越大.经模型拟合,考虑Langmuirian动力学阻塞和与深度有关的沉积行为的对流-弥散-吸附-解吸方程能够很好地描述本次实验条件下胶体在饱和多孔介质中的运移行为.     

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.     

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.     

地下水中Tween80对DNAPL运移和分布的影响

选用地下环境中普遍存在的四氯乙烯（PCE）为典型DNAPLs污染物,建立二维砂箱模型,研究一种人为引入表面活性剂Tween 80对粗砂介质中DNAPLs迁移和分布的影响.测定了含不同浓度Tween 80水溶液/石英砂/PCE三相体系下的液/液界面张力及PCE在石英介质表面的接触角,结果表明PCE在石英砂表面的接触角随着Tween 80浓度的增大而增大,PCE/水的界面张力随着Tween 80浓度的增大而减小,Tween 80浓度在CMC值附近时变化急剧.随后的二维砂箱实验定量描述地下水中表面活性剂Tween 80对PCE的迁移和最终形态的影响.由于Tween 80可以使石英砂介质由水相润湿转变为中间润湿或油相润湿态,相应地在20~30目的粗砂均质介质中Tween 80对DNAPLs迁移存在明显影响.背景溶液中表面活性剂的存在使得DNAPL的垂直运移速度减小,垂向迁移距离减小,最终使得被截留在运移路径上的残留PCE增加.和纯水流情况下相比,地下水中含有表面活性物剂Tween 80时,使得DNPAL污染羽向水流方向偏移减弱,污染羽展布面积与纯水情形下相比,在垂向上均明显减小,并且以较大饱和度残留的DNAPL量增加.     

坡耕地薄层紫色土-岩石系统中氮磷的迁移特征

于2015年两场代表性降雨事件下研究了紫色土坡耕地(1 500 m~2)水文过程驱动的氮磷地表和地下迁移特征.结果表明:(1)前期土壤水饱和度和降雨量决定地表径流和裂隙潜流的产流深度和胶体浓度的基本水平;降雨强度则控制产流量的变化趋势和胶体浓度的峰值水平.(2)氮素主要以溶解态随裂隙潜流迁移;磷素则主要以细颗粒结合态通过地表径流流失.(3)氮磷迁移过程的水文驱动特征明显,氮素迁移主要受裂隙潜流的驱动作用影响,而磷素迁移则主要受地表径流的驱动作用影响.该研究结果丰富了对坡耕地薄层土壤-裂隙母岩二元系统中氮磷迁移对降雨响应规律的认识,可为农业氮磷非点源污染防治提供可靠的田间数据支持并明确关键的水文调控环节.     

多聚物吸附纳米零价铁在多孔介质中的迁移

针对纳米零价铁在多孔介质中的迁移特点,本文通过实验室柱实验和腐蚀实验分析了不同聚丙烯酸（PAA）包覆浓度下的纳米零价铁（nZVI）在石英砂介质中的迁移和其接触不同电解质溶液6h的反应活性.利用迁移距离和穿出率,表征了不同纳米铁材料的迁移性能.应用pH值、氧化还原电位（ORP）、Fe²⁺浓度、X射线衍射（XRD）和Fe⁰含量随时间变化图像表征纳米零价铁腐蚀程度.实验结果表明,PAA显著提高了纳米零价铁材料的迁移距离.10%聚丙烯酸包覆浓度下,实验室合成纳米零价铁的迁移效果最佳,穿出率可达58.65%.在6h的腐蚀实验中,10%聚丙烯酸包覆的零价铁含量有一定的降低,但是零价铁损失相对于20% PAA包覆的零价铁少.综合考虑迁移性和反应活性,10% PAA包覆浓度下实验室合成纳米零价铁是适用于地下水污染原位修复的最佳材料.     

pH对滨海含水介质胶体迁移-沉积的影响

室内土柱试验采用天津滨海地区具有代表性的土样为研究对象,探讨pH对胶体在含水介质中迁移-沉积行为的影响。结果表明,pH为6.90和11.70的胶体穿透曲线呈"S"型,而pH为3.00时呈反"S"型;胶体的穿透曲线与示踪离子相比,存在一个临界孔隙体积数(临界点),在临界点之前胶体的迁移速度大于示踪离子,之后则相反;胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,沉积量随孔隙体积数的增加而增加;pH=3.00胶体的总沉积率为90.24%,是pH=6.90和pH=11.70胶体的2~3倍,后二者的总沉积率大小相近。酸性环境下,沉积作用在胶体迁移过程中一直占主导地位,中性和酸性环境中,胶体沉积作用则相对较小。     

基于TOUGH2/EOS9nT模拟饱和双区介质砂柱中纳米颗粒的运移

随着纳米材料的大量生产和广泛应用,纳米颗粒不可避免地进入环境中,对地下水系统和人体健康产生潜在影响,研究纳米颗粒在地下水中的迁移规律具有重要意义.采用TOUGH2/EOS9nT模块,基于多重相互作用连续体(MINC)概念和胶体过滤理论,数值分析示踪剂KNO_3和纳米氧化石墨烯在一维非均质砂柱中的运移.研究结果表明:1MINC方法能够有效模拟双重非均质介质,非均质介质渗透系数的差异是造成出流穿透曲线双峰和拖尾特征的主要原因之一;随溶液离子强度增大,纳米氧化石墨烯在饱和非均质介质中的迁移能力下降;基于EOS9nT模块中的线性平衡过滤模型可有效模拟低离子强度下双重非均质介质中纳米颗粒运移,但即使采用动态过滤模型仍无法精确模拟高离子强度下纳米颗粒的运移;2通过双渗模型中渗透率的敏感性分析发现:随渗透率比值增大,裂隙区穿透曲线峰值提前,基质区曲线峰值推后,穿透曲线双峰现象更明显;3比较三重介质和双重介质,发现总穿透曲线受三重区域各自曲线叠加时刻影响,也表现出峰值/拖尾的增强或削弱,在合适的渗透率比值下,可能出现三个峰值和拖尾.     

天然胶体对含水介质中氨氮迁移的影响

为了研究天然胶体对氨氮在滨海含水介质中迁移的影响,文章采用室内土柱实验,分析了0、70、160、265和630mg/L五种不同浓度胶体影响下氨氮的迁移-转化规律。研究结果表明:氨氮在胶体影响下的穿透曲线表现为"未穿透"、"开始穿透"和"完全穿透"三个阶段,但是不同胶体浓度下三个阶段出现的孔隙体积数不同。胶体对氨氮迁移的影响与胶体浓度有关,当胶体浓度为70mg/L和160mg/L时,氨氮完全穿透时的孔隙体积数小于无胶体情况,胶体对氨氮的迁移具有促进作用;当胶体浓度为265mg/L和630mg/L时,氨氮完全穿透时的孔隙体积数大于无胶体情况,胶体对氨氮的迁移具有阻滞作用。这说明在160mg/L和265mg/L之间存在一个临界浓度;当胶体浓度达到临界浓度之前,胶体对氨氮的迁移起促进作用;当浓度超过临界浓度后,胶体对氨氮的迁移起阻滞作用。     

~(238)Pu在干旱地区包气带砂土中的迁移

为了获取钚在干旱地区某处置场场址包气带砂土中的迁移规律,使用~(238)Pu作为示踪源,采用静态实验和动态实验方法对其在砂土的迁移进行了研究。结果表明,对于该场址,砂土对~(238)Pu的吸附能力很强;静态实验测量得到的分配系数与动态实验拟合计算得到的相差不大;采用非平衡模式模拟该场址包气带砂土中~(238)Pu的迁移是恰当的。     

胶态微泡沫用于冲洗含水层的迁移分布特征

目前有关胶态微泡沫（CGAs）冲洗含水层过程中的迁移分布特性尚不明确,本研究利用二维模拟实验详细探究了注入速率、表面活性剂浓度和介质条件对CGAs迁移分布时空变化特征的影响.结果表明,在单侧单点注入条件下,CGAs的波及区域形状近似半圆形,迁移锋面相对规则;CGAs破裂产生的泡沫液分布在其迁移锋面四周,泡沫气体受地下水浮力影响向上方迁移,导致出现在纵向向上迁移距离大于向下迁移距离的"向上漂移"现象.表面活性剂浓度对CGAs的迁移分布影响较小;注入流速低或介质渗透性差,CGAs均会在迁移后期出现明显的“向上漂移”现象,同时其波及区域形状逐渐趋向于半椭圆形;恒定流量注入CGAs,其在含水层中的波及面积存在最大值.相对传统液相冲洗液,CGAs在非均质含水层中迁移分布较为均匀,受介质非均质性影响较小.     

环渤海地区2,4,4''-三氯联苯的多介质归趋模拟

为探究多氯联苯(PCBs)在环渤海地区的环境多介质迁移和归趋行为,本研究以2,4,4′-三氯联苯(PCB28)为目标污染物,基于区域尺度多介质城乡逸度模型,模拟了稳态条件下PCB28在各环境相中的浓度分布、总量分配以及相间迁移过程,并对模型的输入参数和输出结果分别进行了敏感性和不确定性分析.结果表明,PCB28在淡水、农村土壤、城市土壤和沉积物中的模拟浓度与实测浓度吻合较好,验证了模型的可靠性.PCB28在城市土壤中的浓度最大,浓度均值为5.26×10~(-6) mol·m~(-3),在农村大气中的浓度最小,浓度均值为5.79×10~(-14) mol·m~(-3).当环境系统达到平衡时,土壤是PCB28最主要的"汇",占其在环境中总储量的96.45%.大气相与其他环境相间的相互迁移过程是PCB28在环渤海地区进行空间迁移的主导过程.大气传输是PCB28最主要的入海途径,从农村大气到海水的迁移通量占总入海通量的97.22%.参数敏感性分析结果表明PCB28排放速率、栅格规模及与迁移速率相关的参数是影响大气相中PCB28浓度的关键参数.不确定性分析结果表明PCB28在农村大气和城市大气中的浓度分布都符合对数正态分布,其变异系数分别为0.44和0.41.     

孔隙介质中胶体及金属运移的模式——文献调研

本文讨论了与地表下介质中胶体运移有关的问题。本文的最终目的是提出一个能用来评价胶体运移对金属活动性的影响的模式。首先对野外和实验室研究作了评述,以便提出证据证明胶体是在地表下介质中运移的。其次,活跃于该领域的研究人员相互联络,以确定目前进行的研究领域,以及征求有关对控制胶体运移机制认识水平的意见。第三是对胶体运移机制的有关文献进行调研,其中特别强调了胶体(和粒子)的过滤作用以及由于静电排斥和范德华引力对胶体稳定性的影响。第四是提出胶体-金属运移的理论模式(COMET),并将该模式与EPA的CML模式相合并,后一模式可用来模拟溶质由不饱和区的填土中运移到饱和区的集收场所(如饮水井)的过程。胶体-金属运移的理论模式的主要特点是能模拟已溶解或吸附到活动胶体上的多金属化学形式(结合地球化学平衡模式的研究成果),能模拟多种胶体的影响,并能在有从源区运移来的胶体存在的情况下调节源区胶体粒子的浓度和逗留时间。正文内方程(2)和(3)概括了该模式的这些作用。正如所预料的那样,该模式的模拟研究结果表明,活动金属相的浓度(溶解浓度加活动胶体所吸附金属的浓度)随胶体的浓度增大而增大,而可溶性金属化学形式(溶质)到达恒定集收位置的时间趋于减小。当溶质-胶体吸附作用和溶质-土壤     

表面活性剂对二嗪磷在不同土壤中吸附迁移的影响

采用批量平衡法和薄层层析法, 分别研究了不同浓度的3种表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、Tween80和十六烷基三甲基溴化胺(CTAB) 对二嗪磷在湖南省具有代表性的6大土类、9种不同母质土壤中吸附和迁移性能的影响. 结果表明, SDBS能够明显地降低各种土壤对二嗪磷的吸附, 促进二嗪磷的迁移作用, 并且吸附平衡系数(Kd)、比移值(Rf)分别随SDBS浓度增大而增大、减小.浓度成显著的负相关和正相关关系.Tween-80和CTAB对二嗪磷在土壤中的吸附和迁移表现出一定的相似性, Tween-80浓度在0.1~2倍临界胶束浓度(CMC)范围内(CTAB浓度为0.80~87.43 mg·L-1), 其Kd值、Rf值分别随表面活性剂浓度增大而增大、减小, 而Tween-80浓度在2~5倍临界胶束浓度的范围内(CTAB浓度为87.43~191.60 mg·L-1.), 则出现与之相反的变化趋势.     

垃圾淋滤液胶体在含水介质中迁移-滞留规律

运用室内砂柱试验,研究垃圾淋滤液通过含水介质时胶体浓度的变化规律,胶体在砂柱不同位置的滞留情况以及含水介质对胶体的阻滞作用。研究发现,胶体相对浓度随时间变化趋势大致为"S"型,直至试验结束也并未完全穿透;沿水流方向,距进水口越远胶体迁移速率越小,含水介质对胶体的阻滞作用越大。在进水口0~60 cm之内胶体的突破时间稍稍早于示踪剂,其迁移速率略大于示踪剂;而60~100 cm之间胶体的突破时间稍稍晚于示踪剂,胶体的迁移速率小于示踪剂;60 cm处二者正好相等。垃圾淋滤液胶体在砂柱中不同位置滞留情况不同,在距进水口0~20 cm内,胶体累积滞留量随时间不断增加,累计滞留量最多;距进水口20~40 cm、40~60 cm段累计滞留量随时间先增多后减少;60~80 cm、80~100 cm段累计滞留量随时间增加到一定程度后趋于稳定。     

包气带中85Sr迁移的浓度双峰分布数值模拟研究

为了深入研究核素在地质介质中的迁移规律，为低中放废物近地表处置环境安全评价提供依据，开展了在黄土包气带人工喷淋条件下，８５Ｓｒ、６０Ｃｏ和１３４Ｃｓ的加速迁移试验经过两年多的示踪试验，发现８５Ｓｒ在迁移过程中，出现了浓度双峰分布．用单一对流弥散数值模型无法解释这一现象．基于“８５Ｓｒ以两种化学形态迁移”的假设，采用两种不同的吸附参数进行数值计算．结果表明，数值模拟与试验结果拟合得较好，得出８５Ｓｒ的两种化学形态的分配系数分别介于４００－８００ｍＬ／ｇ和３０－６０ｍＬ／ｇ．     

垃圾污染场地浅层地下水中铁锰时空变异的胶体效应

采用模拟槽试验,研究含水介质中垃圾渗滤液污染羽铁锰时空变异特征,重点分析了土壤胶体对铁、锰在含水介质中迁移转化的影响,最后从对流-弥散、溶解作用和土壤胶体迁移-沉积等角度探讨了铁、锰迁移转化的机制.结果表明,含水介质中铁、锰元素溶解作用导致污染羽中铁、锰浓度高于垃圾渗滤液本身,最高可达渗入槽内渗滤液中所含总Fe和Mn的2.82倍和7.51倍;铁、锰污染羽整体沿水流方向扩展,在对流-弥散和溶解作用下污染羽中心区域逐渐变宽;土壤胶体存在下铁、锰污染羽中心轴线的平均迁移速度分别从1.17 cm/d、1.75 cm/d增大到1.83 cm/d、2.5 cm/d,土壤胶体对含水介质中铁、锰的迁移起到了明显的促进作用.