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电场、渗流场和浓度场耦合作用下污染物在粘土中的迁移机理研究

叶肖伟  
【摘要】:垃圾的卫生填埋是我国城市生活垃圾的主要处理手段。在填埋场中,粘土由于截污能力强、渗透系数小、价格经济等优势,被广泛应用于填埋场衬垫系统中。污染物在粘土中的迁移机理主要包括对流、机械弥散、分子扩散和吸附等。当在土中施加直流电场时,污染物在电场作用下发生运动,其主要作用机理包括电渗透、电迁移和电泳等。本文介绍了污染物在粘土中迁移的各种机理及其影响因素,为了解填埋场渗滤液中污染物在粘土衬垫中的迁移规律以及正确选择填埋场粘土衬垫的防渗参数提供依据。 污染物在粘土中的迁移通常用对流—弥散模型来表示,本文推导了单层土和双层土情况下一维对流—弥散迁移方程的DQM解答,推导了多层土情况下扩散方程的DQM表达式。求得了污染物浓度随时间和深度变化的解,丰富了污染物迁移问题预测和计算的手段。解的收敛性分析表明当采用7—9个插值点时,DQM解就可以达到足够精度的计算结果。而对于无法得到解析解的复杂情况,DQM解具有统一的矩阵形式,有利于计算机程序的实现和求解。最后通过参数分析,对粘土衬垫主要防渗参数的改变对污染物浓度分布的影响规律进行了探讨,为填埋场的初步设计提供参考。 在电场、渗流场和浓度场的综合作用下,污染物在粘土中的迁移是一个耦合的过程。本文介绍了污染物在电场、渗流场和浓度场作用下的耦合流方程的推导过程,并对其中的几个关键参数进行了分析。最后根据水和离子在电场、渗流场和浓度场作用下的迁移原理研制了室内动电模拟试验装置,试验研究了多场耦合作用下锌离子在粘土中的迁移性状,并对试验结束后的土样进行了浓度,含水量及PH等测定。结果表明,动电作用可以有效地阻滞锌离子在粘土中的迁移,为填埋场底部衬垫的防渗提供解决思路。


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