饱和黏土中甲苯吸附性能及迁移规律的研究

研究了饱和土壤中甲苯的吸附性能和迁移规律。等温吸附实验结果表明:线性吸附甲苯的吸附过程呈线性规律,黏粒含量和p H值是影响吸附的重要因素。在土柱实验中,借用反函数变换思路,利用实际渗流速度确定非保守性物质在介质中纵向弥散系数和阻滞系数的方法,测定了甲苯在饱和黏土中的弥散系数(0.1864)和阻滞系数(1.8334),表明测试土样对甲苯具有显著截留和净化作用,由此确定的迁移模型可为甲苯污染的土壤和地下水的治理研究提供参考。     

西北某粘土矿水动力弥散系数的室内测定

使用室内水平土柱吸渗法测试了西北某粘土矿水动力弥散系数,根据测定的土壤中含水量动态数据,计算了非饱和粘土的水动力弥散系数,并建立了该土壤水动力弥散系数与质量含水率之间的关系。该方法物理概念清楚,计算公式简单实用。     

磁河有机污染物在饱和土壤中迁移转化试验研究

通过静态吸附、静态降解和动态土柱试验,研究了磁河废水中有机污染物在土壤饱水条件下的迁移转化行为.实验结果经线性拟合和参数估算,得到弥散系数D=0.0036m2/d,分配系数K_d=0.19cm3/g,降解系数K=0.68 d-1.表明磁河有机污染物在土壤中有较强的吸附和降解能力.      

包气带水-气二相流CO2运移规律

利用土柱实验装置模拟CO2在土壤中的迁移转化规律,重点研究湿润峰处水、气二相间污染物转化实验土柱长1m,过饱和CO2溶液浓度为748mg/L.分析表明水相运移受对流、弥散、反应及水-气质量传输机制控制,气相运移受对流、扩散和水-气质量传输机制控制.对土柱中水气二相动态条件下的取样方法进行了探索,确定了CO2在渗透湿润峰水-气二相间分配系数为0.00061,表明水相向气相有一定传输,但不显著.可进一步为低中水平放射性废物地质处置安全评价及固体废物填埋处置环境影响评价提供定量科学依据.     

包气带水气二相流CO2运移规律

利用土柱实验装置模拟CO₂在土壤中的迁移转化规律,重点研究湿润峰处水、气二相间污染物转化实验土柱长1m,过饱和CO2溶液浓度为748mg/L.分析表明水相运移受对流、弥散、反应及水-气质量传输机制控制,气相运移受对流、扩散和水-气质量传输机制控制.对土柱中水气二相动态条件下的取样方法进行了探索,确定了CO₂在渗透湿润峰水-气二相间分配系数为0.00061,表明水相向气相有一定传输,但不显著.可进一步为低中水平放射性废物地质处置安全评价及固体废物填埋处置环境影响评价提供定量科学依据.     

PTA生产废液在包气带中迁移的模拟研究

以一工厂PTA生产废液为研究对象,选择COD为PTA生产废液特征污染因子,通过静态吸附及土柱淋滤实验确定包气带土层粉质粘土对PTA生产废液中污染物质的吸附、生物降解及弥散系数,利用Hydrus-1D软件建立污染物在包气带中迁移的对流-弥散模型,预测其在包气带土层中的迁移规律.结果表明:包气带中粉质粘土对PTA生产废液中污染物质有吸附、降解等阻隔作用,但吸附、降解系数均很低,分别为0.256cm3/g 和0.0077d-1.因此当PTA生产废液的COD浓度为4000mg/L,蓄水池中废液深5m,定水头持续淋滤厚为10m的包气带时,11.76年潜水面处地下水中COD含量超标.     

分层土柱法研究石油类污染物在土壤中的迁移

经对以往的土柱实验进行改进,通过室内分层土柱实验,揭示了石油烃类污染物在非饱和带的运移规律。分别从不同叠加厚度土柱的对比和不同淋滤水量土柱的对比,可以更准确地从空间与时间上揭示污染物的迁移情况,实验结果符合已有的研究和野外自然剖面的特征。     

放射性核素在饱和浙江红粘土中的迁移

用分层土柱法研究放射性核素在浙江红粘土介质中的迁移规律.通过为期28d的饱和土柱动态吸附-解吸实验,测定了¹³⁷Cs、⁸⁵Sr、⁶⁰Co、¹⁴⁴Ce、¹⁵⁵Eu和²³⁷Np 6种放射性核素在浙江红粘土样品中的垂直剖面浓度分布及其迁移速度.为便于根据实际场址的入渗水通量确定这些核素的滞留因子,进行了氚弥散实验,测定了土壤有效孔隙率和土壤中水运移速度.根据土柱装填密度、有效孔隙率和土壤中水运移速度,计算出上述核素在红粘土中的吸附分配系数和滞留因子.结果表明:浙江红粘土对¹³⁷Cs、⁸⁵Sr、⁶⁰Co、¹⁴⁴Ce、¹⁵⁵Eu和²³⁷Np 6种核素均有较大的吸附分配系数和滞留因子;对¹³⁷Cs的吸附分配系数和滞留因子分别为2388ml·g^-1和7732,对⁸⁵Sr的吸附分配系数和滞留因子分别为1432ml·g^-1和4645.     

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.     

非饱和土壤水分水平运动分形Richards模型的实验验证和分析

合适的数学模型在探究非饱和土壤水分运动规律的中起着极其重要的作用。基于水平土柱非饱和土壤中水分运动实验,利用实验中观测到的非Boltzmann尺度律现象,对影响非Boltzmann尺度律参数大小的因素进行分析整理。在扩散系数与含水率呈指数函数关系条件下,采用分形导数Richards模型(FRE)对水平土柱非饱和土壤水分运动实验中含水率的空间分布及含水率穿透曲线结果进行模拟。结果表明:土壤颗粒级配不均性、较高的实验水头等会增大非Boltzmann尺度律参数;无论非Boltzmann尺度律参数>0. 5还是<0. 5,分形导数Richards模型的拟合效果均优于经典Richards模型(CRE)。因此,分形导数Richards模型对水分运动规律的描述是有效的,可以为非饱和土壤中水分运动模拟提供模型参考。     

生活垃圾非饱和渗透性质测定的多步出流方法

传统土壤渗透性测量方法直接测量填埋生活垃圾的渗透性质误差较大.本实验现场测定六里屯填埋场原状垃圾土饱和含水率和饱和渗透系数,其平均含水率随填埋深度增加而增大,平均渗透系数为0.018 5mm·s^-1.在保证容重相同条件下,用多步出流法实验室测定扰动样品水分特征曲线和非饱和渗透系数.运用渗压出流和理论拟合测试技术,为建立渗透参数的随机分布模型提供参数测定方法.实验结果与模型显著相关.通过实验及模型模拟,揭示了填埋垃圾水分特征曲线的变化规律,证明多步出流法是适用于填埋场非饱和渗透性质测定的有效方法.     

一维流三维水动力弥散测定仪的研制

针对目前传统的室内一维、二维测定装置不能完全反映污染物运移过程中的空间特征,设计了一种能测定三维水动力弥散的试验装置。该装置结合平面二维和剖面二维的测定,可以综合反映水动力弥散系数在三维空间的变化规律。通过试验数据显示:平面和剖面上的纵向水动力弥散系数都在0.02左右,平面上的横向水动力弥散系数小于纵向水动力弥散系数3倍左右,而剖面上的横向水动力弥散系数小于纵向水动力弥散系数数十倍;另外,通过分析一维流三维水动力弥散的特征,对试验的效果进行了评价,结果表明该试验装置具有较高的准确性和精度。     

鄂尔多斯某燃煤电厂污染物在细砂和砂质粉土层中的运移规律

以燃煤电厂较为集中的鄂尔多斯为研究区域,选取目前易被忽视的2种电厂污染物氨氮、氟离子作为污染因子,探究此类污染物在区域内非饱和带土壤细砂、砂质粉土层的运移规律。通过室内实验、Hydrus-1D软件建立模型进行模拟预测,以获得污染物垂向分布规律。由动态淋滤实验可知:污染物在细砂中的完全穿透时间小于砂质粉土;Hydrus-1D模拟值与实测值相关性较好,相关系数为0. 950～0. 996;模型校准后,获得用于模拟预测的最佳参数值,细砂土与砂质粉土弥散度α分别为0. 937,0. 75 cm;氨氮在细砂土与砂质粉土中溶质反应参数Kd、Nu分别为2. 5 mg/m L,50. 9 m L/mg,氟离子分别为4. 83 mg/m L,28. 91 m L/mg;模拟持续排放污染物情况可知,短时间内可穿透10 m厚细砂土层,砂质粉土层对污染物截留能力相对较优;高浓度污染物一次性入渗时,高浓度污染物一次性入渗时,污染物10天时穿透10 m砂土层,180 d时氨氮污染物穿透砂质粉土层,氟化物未能穿透。模拟预测可判断污染物是否能够穿透非饱和带进入地下水取决于污染物浓度、土层质地与厚度、污染物排放时间等因素的共同影响。     

黄河泥沙吸附砷污染物室内静态试验

黄河是典型的多沙河流,其水体中砷的来源有自然本底砷和外来砷2种.随着砷污染的日益加剧,给黄河流域生态环境和饮用水安全构成巨大威胁.黄河泥沙对砷污染物具有吸附能力,其吸附量取决于砷污染物在水、沙两相间的分配比例.为了研究自然状态下黄河泥沙对砷的吸附规律,以黄河原型沙为对象,采用静态吸附微污染含砷废水试验,考察了接触时间、含沙量、泥沙粒径对泥沙吸附砷能力的影响.结果表明:①当含沙量在200 kg/m3以下时,泥沙对砷的吸附在5 min以内基本达到吸附平衡;②相同含沙量情况下,细沙对砷的吸咐量最大,中沙次之,粗沙最小;③同一颗粒级配下,泥沙对砷的吸咐量随含沙量的增加呈对数增长.      

PRB连续反应单元模拟与敏感性分析

根据PRB原理,考虑对流作用、弥散作用、吸附作用、化学反应等因素对溶质运移的影响,设计了连续反应单元. 结果表明,对流作用对溶质运移速度影响较大,吸附作用与化学反应对污染物的去除影响较大. 分析了地下含水层水力传导系数(K_aquifer)及连续反应单元内的水力传导系数(K_cell)对溶质运移的影响. 结果表明,地下含水层K_aquifer较小(K_aquifer为1和5 m/d)时,K_cell取值对溶质运移总量影响不大;当K_cell∶K_aquifer≥10时,增加K_cell值对促进溶质运移作用较小.      

重金属铜在砂质壤土土柱中运移的数值模拟

通过室内土柱出流实验,分析了重金属离子铜在饱和砂质壤土中的运移行为,发现高浓度的入流液有利于铜离子的运移。同时借助于软件包CXTFIT,用确定性平衡模型和非平衡两区模型对铜离子的出流动态进行了拟合,并预测了土柱不同深度处铜离子浓度随时间的变化过程。结果表明,室内饱和均质条件下,应用确定性平衡模型拟合参数模拟精度要高于非平衡两区模型,可以不用考虑不动水体对铜离子运移的影响。     

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.     

有机污染物在多孔介质中的残留

土壤、地下水中的有机污染物主要以自由态、挥发态、溶解态和残留态等四种形态存在 ,其中残留态的部分是最难以去除的 ,残留量的多少是关系治理费用及治理时间长短的最关键因素。本文以柴油为代表 ,对地下水饱和区中有机物的残留进行了试验模拟 ,与非饱和区的残余饱和度进行了比较 ,揭示了饱和区中有机污染物残余的特点 ,并深入分析了其机理。结果表明 ,砂性介质中 ,地下水饱和区中有机污染物的残余饱和度显著大于非饱和区中的残余饱和度 ,因此可以有效地利用这一特性 ,通过降低地下水位使饱和区中部分残留态污染物转化为自由态 ,提高去除效率 ;与非饱和区中多孔介质粒径越小 ,残留量越大的特性相反 ,饱和区中测得的残余柴油饱和度随介质粒径的增大而增大。不同水位变动速度的试验结果表明 ,水位变动速度对粘性大于水的柴油的残余饱和度影响可以忽略不计。     

铁矿渣去除水中砷实验研究

铁矿渣是常见的廉价固体废弃物之一,以铁矿渣为吸附材料,运用环境扫描电子显微镜和X-射线衍射仪分析其形貌和矿物成份,进行静态批实验和动态土柱吸附实验。研究表明铁矿渣对高砷水中五价砷的吸附符合Langmuir吸附等温曲线,温度对吸附砷效果影响明显,较高温度有利于砷的吸附(40℃30℃20℃),温度主要影响吸附过程中孔隙扩散阶段的吸附速率,高砷水呈酸性时吸附效果优于碱性条件。土柱吸附实验当进水砷为1829.2μg/L时,进水体积比为1200倍时,出水浓度仍低于50μg/L,且出水的铁、铜、银、锌等金属离子均未超标。该论文为进一步探究铁矿渣对高砷水中砷的去除提供了实验研究支撑。     

氨氮在饱水粉砂土和亚砂土层中吸附过程及其模拟

为在土地处理中选择合适保护土层厚度,防止ＮＨ４对地下水污染,通过动态土柱试验,了ＮＨ４在饱和粉砂土层和亚砂土层中的吸附和Ｃａｍｅｒｏｎ平衡＝动态吸附模型模拟了ＮＨ４在土层中的迁移过程,求得了不同土层和不同浓度条件下模型的各参数值,并求解出不同时刻,不同氨氮浓度条件下的沿程ＮＨ４浓度分布曲线。研究表明,在条件下,粉砂土和砂土的从向弥散系数分别为０．１７５和０．００９３ｃｍ＾２／ｍｉｎ;当水中氨氮浓度