污染组分在充满结合水的弱透水层中迁移转化特性研究
作者单位：吉林大学
学位级别：硕士
导师姓名：李绪谦
授予年度：2011年
摘 要：长期以来,人们一直将地下水系统中的粘性土层视为隔水层,但随着地下水开发中越流迁移现象的产生,人们意识到隔水层并不是绝对不透水的,很多情况下可以视为弱透水层。有关化学元素在弱透水层中迁移规律的研究起步较晚,一直是研究的薄弱点。在地下水污染防治与修复技术中,通常以粘性土作为阻滞污染物迁移的阻截墙或防渗层,在一定的渗透压下,粘性土可能透水,同时水中的污染质也可能穿透粘性土层污染邻近的含水层。因此,污染物在粘性土中的迁移强度、迁移行为、迁移规律成为地下水污染控制与治理中的一个重要研究问题。 国内外研究结果表明,污染物在粘土中的迁移规律与在砂土的迁移规律有些区别,这主要是因为粘土中存在大量的结合水。因此,本人首先研究了存在于粘土中的结合水的形成规律,同时以地下水中常见的污染物氨氮、硝态氮、硫酸盐、氯离子、六价铬离子这5种常见的污染物为研究对象开展研究,研究内容分为以下几个部分：1通过容量瓶实验,研究在不同污染质浸泡下,结合水的形成特点。2通过渗透试验,研究污染物的浓度、固结压、渗透压及溶质对渗透系数的影响。3通过渗透试验,揭示几种不同污染物在饱和粘性土中发生垂直渗透时被粘性土阻截的效果。通过以上试验研究,全方位的了解污染物在饱和粘性土层中垂直渗透时的迁移转化机理和浓度变化规律,为防治和修复地下水污染提供必要的参考依据。 容量瓶试验的结果表明：土颗粒表面的结合水在形成的过程中,吸附结合水含量会随时间的延长而逐渐加大,一段时间后趋近于定值,保持不变,即达到吸附极限;溶质不同时,土颗粒表面的结合水含量的大小为：蒸馏水自来水硝酸钾氯化铵。此结果说明溶质的存在使得已经形成的结合水有部分转化成自由水被释放了出来,导致土粒中结合水含量的减少。 固结-渗压仪渗透试验结果表明：渗透水在粘性土层中渗透时,渗透速度与水力梯度的对应关系不是直线关系,而是在开始时呈线性增加的趋势,一定水力梯度后,增加的速度加快。当水力梯度超过一定限值以后,渗透速度渐趋平缓,最后近于稳定不变。这表明,随着水力梯度的不断加大,粘性土中弱结合水存在由部分转化到全部转化的过程。超过水力梯度极限值后,与颗粒表面结合较强的结合水不再转化,渗流量不会再随着增加,从而导致渗透流速不再增加,而是趋近一个定值;不同土样的固结压-渗透系数曲线的趋势基本一致,渗透系数均随着固结压的增大而减小。渗透系数与固结压两者呈多项式关系。不同粘粒含量的粘土,其关系式的常数不同;随着渗透压的增大,渗透系数会越来越大,且都是处于同一个数量级,即渗透系数的数量级是不发生变化的;氯化铵和硝酸根的渗透速度都会随着浓度的增大而增大;渗透试验结果表明,在试验条件相同的情况下,水的渗透系数稍大于污染物渗透液的渗透系数,说明土样对水的阻滞作用要小于对溶质的阻滞作用,土水之间不同的相互作用对水及其中的组分迁移的影响程度不同;试验的三个土样对铵根离子的阻截效果较明显,硫酸根离子在三个土样中的迁移性与铵根离子相比相对较强,表明不同的溶质在充满结合水的粘性土中迁移性是不同的;土层对渗滤液中的污染组分有一定的阻滞作用,3号粘土对铵根离子的吸附效果远远好于1、2号土样,这说明粘性土层对污染组分阻滞作用强度与土层的粘粒含量、干密度呈正相关,与孔隙度呈负相关。
同方学位论文库