红层地区地下水氨氮污染电动修复试验及模拟研究
作者单位:成都理工大学
学位级别:硕士
导师姓名:刘国
授予年度:2022年
摘 要:四川红层地区分布有大量非正规垃圾填埋场,存在防渗措施不完善的问题,垃圾渗滤液下渗引起地下水污染,其中氨氮是主要特征因子。红层含水层渗透系数低,为典型低渗透地层,地下水受污染后,抽出处理技术存在“拖尾反弹问题。电动修复通过施加电场驱动污染物迁移出含水层,适用于低渗透地层地下水污染的修复。 论文以红层地区某垃圾填埋场地下水氨氮污染为研究对象,在研究红层含水层对氨氮的吸附和解吸规律基础上,模拟现场地下水条件进行电动修复室内试验,探讨电动修复去除红层地下水中氨氮的影响因素;利用Visual Modflow软件,建立研究区地下水数值模型,模拟计算现阶段垃圾填埋场地下水中氨氮污染羽分布范围和预测变化趋势;在室内试验及数值模拟的基础上,模拟不同电动修复方案对地下水中氨氮的去除情况,分析电动修复在研究区的适用性,为电动修复设计提供初步依据,为红层地下水修复工程提供借鉴。取得的主要研究成果如下: (1)研究了红层含水层介质对NH4+的吸附和解吸特征。通过开展吸附和解吸试验,探讨了红层含水层介质对NH4+的吸附/解吸动力学、等温吸附模型和吸附/解吸机理,结果表明:红层含水层介质对NH4+的吸附过程符合准二级动力学模型(R_吸2=0.953),等温吸附过程符合Langmuir吸附模型(R2=0.948),吸附体系为单分子层化学吸附,吸附过程受共价力驱动;解吸过程与准二级动力学模型(R_解2=0.998)拟合度最好,属于化学解吸;动态过程中NH4+的吸附能力较强,解吸能力很差,NH4+容易在红层含水层内积累。 (2)探讨了电动修复去除地下水中NH4+的影响因素和机理。通过开展电动修复试验,研究了电极布置方式、电压梯度、氯离子浓度对电动修复的影响,结果表明:电压梯度为3 V/cm,氯离子浓度为500 mg/L,采用阳极-阴极的布置方式,NH4+的最高去除率约69%,总氮去除率约为50%;NH4+在电动修复系统中阳极发生电化学氧化反应被去除,最终产物为N2;电动修复时,抑制了红层含水层介质对NH4+的吸附作用,NH4+的以电迁移的方式向阴极聚集,电迁移和电化学反应随电压梯度增加而增加。 (3)预测了电动修复去除研究区地下水中氨氮污染的效果。构建研究区水文地质概念模型,利用Visual MODFLOW软件,模拟计算得到的地下水流场和地下水中氨氮污染羽分布与实现情况拟合度较好;预测不采取修复措施5年、10年后,氨氮的最大迁移距离分别为97 m、149 m,氨氮浓度将上升至18 mg/L,污染将扩散至溪沟对岸;最后调整参数建立研究区电动修复的地下水氨氮迁移模型,模拟了四种电动修复方案的修复效果,结果表明:四种电动修复方案均有一定的修复效果,采用六边形电极布置,电压梯度为10 V/m的修复效果最好,修复1年后地下水中最高氨氮浓度降低至6 mg/L,污染羽的范围得到控制。