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防污屏障土质材料改性及服役寿命分析

王誉泽  
【摘要】:近年来工业快速发展导致地下水土污染的问题越来越受到重视和关注。重金属作为一种主要污染物,污染事件频繁发生。防污屏障是最主要的地下水土污染控制手段。对于集中污染源如填埋场以及已污染场地可建立防污屏障系统防止污染物向环境中的运移。因此,污染物在地下水土环境中的运移机理以及防污屏障系统的作用机理与改性是目前研究的重点。 本文在前人研究的基础上总结了溶质污染物如重金属等在饱和土体中的运移机理、溶质运移解析解以及运移参数的室内测试方法,通过室内及现场试验等进行如下研究并得出相应结论: (1)根据污染物在地下水土中的运移机理得出土质防污屏障改性理念,污染物对屏障的击穿时间随渗透性的对数增长而降低,随阻滞因子的增长而线性增加,渗透性和吸附性是土质防污屏障改性的关键且渗透性满足要求的情况下吸附性的改良是土质防污屏障改性的主要途径。对污染物通过土质防污屏障的机理,土对污染物吸附作用的静力学模型、动力学模型、解吸附模型和竞争吸附模型,以及污染物运移的室内土柱试验进行了总结。 (2)根据Batch实验研究了陕西Q3’黄土、钱塘江粉土以及怀俄明膨润土对典型重金属离子Pb(Ⅱ)的吸附性,考虑了反应时间、溶液pH值、溶质初始浓度以及其他重金属存在等对Pb(Ⅱ)在单一土上的吸附性的影响。并通过扫面电镜以及X射线衍射法等对各类土对Pb(Ⅱ)吸附的微观机理进行分析。得出黄土对Pb(Ⅱ)的吸附为界面沉淀作用,是一种化学反应,粉土和膨润土对Pb(Ⅱ)的吸附为离子交换作用,虽然也是化学吸附,但不如界面沉淀作用强烈。 (3)对黄土地区某填埋场黄土衬垫进行现场钻孔取样并进行Cl-、Pb(Ⅱ)的浓度测试分析,对污染状况进行评价,并运用解析解反推得到运移参数。得出黄土对Pb(Ⅱ)的吸附作用非常好,黄土地区填埋场中若只采用黄土作为水平防污屏障,重金属对周围环境的污染风险也很小。 (4)根据Batch实验测试了黄土-粉土、粉土-膨润土、黄土-膨润土以及粉土-黄土-膨润土对Pb(Ⅱ)的吸附性,并分别与单一土进行对比,得出混合土吸附机理,混合土对Pb(Ⅱ)的吸附特性结合了相应单一土吸附特性的优点,吸附效果与配比直接相关,得出适合实际应用的改性混合土中各种土的最优配比。 (5)根据室内溶质运移单元体实验研究了C1-和Pb(Ⅱ)在粉土-膨润土、粉土-黄土-膨润土中的运移特性,得出了溶质在土中运移的的扩散、机械弥散以及吸附特性参数,研究结果表明黄土对粉土-膨润土的四种运移特性参数均有所改良,其中吸附性改良效果最好,黄土改性粉土-膨润土的阻滞因子是粉土-膨润土的2.5倍,水头高度为0.3m时,Pb(Ⅱ)在0.6m厚的黄土改性粉土-膨润土的竖向防污屏障中的击穿时间是同厚度粉土-膨润土防污屏障中击穿时间的3倍多。


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