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《中国地质大学》 2012年
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Cr(Ⅵ)在包气带中垂向运移的实验研究

王翠玲  
【摘要】:在过去几十年内,我国包气带土壤中Cr(VI)的污染问题已经日趋严重。Cr(VI)会通过包气带转移到地下水中,对地下水造成污染,由于地下水不可见、流动缓慢的特性,使得修复较为困难。并且,要开展包气带土壤或者地下水污染的修复,首先要研究污染质在包气带中的运移、转化规律,进行模拟预测。 本论文通过吸附动力学实验、等温吸附实验以及影响因素实验,完成了Cr(VT)在包气带不同特性土样中的吸附特性研究,并在土柱淋滤实验的基础上建立数学模型预测铬在包气带中的迁移规律。根据研究结果,Cr(VT)在包气带土样中的规律得出如下结论: 1、当Cr(Ⅵ)溶液浓度为0.5mg/L时,在30min左右基本达到吸附平衡,吸附率可以达到60%。土样对Cr(Ⅵ)的吸附可以分为2个阶段:快速吸附阶段和缓慢吸附阶段。快速反应阶段时土壤对Cr(Ⅵ)的吸附作用很快,呈直线上升阶段,且斜率很大。Cr(Ⅵ)能够快速到达土样颗粒的表面,迅速形成表面电荷吸附。慢速反应阶段时,吸附速率与解吸速率持平,在这一阶段,随着反应时间的进行,Cr(Ⅵ)开始向土样颗粒内部扩散,开始发生晶格反应并逐渐起主要作用。 2、根据土样1和土样2对Cr(Ⅵ)吸附数据和等温方程、Freundlich方程和Langmuir方程相拟合,可以看出线性等温方程和Freundlich吸附方程均有较好的拟合度,相关系数达到显著水平(R20.9),Kf既能体现吸附强度,也能体现吸附容量,土样2的Kf为0.099,上样1的Kf为0.011,可见土样2的吸附容量明显大于土样1的吸附容量,这于吸附实验结果也相吻合。 3、包气带中土样对Cr(Ⅵ)的吸附受pH值的影响和制约。当pH值在3-6范围内时,土样对Cr(Ⅵ)的吸附量随pH值的增加而有上下浮动,但基本保持在一个水平值。当pH6时,吸附量急剧下降,当pH值在10左右时,吸附率只在35%左右。在酸性条件下,Cr(Ⅵ)主要以Cr2072-形态存在,故而包气带土样对Cr(Ⅵ)的吸附率较高;在中性和碱性条件下,Cr(Ⅵ)主要以Cr042-的形态存在,故而土样对Cr(Ⅵ)勺吸附率急剧下降。 4、随着温度的升高,包气带土样对Cr(Ⅵ)勺吸附率逐渐增加,可见吸附时的环境温度对Cr(Ⅵ)勺吸附影响很明显。土壤对Cr(Ⅵ)的吸附反应是一个热化学反应过程,环境温度不同,对Cr(Ⅵ)的吸附量大小、吸附反应快慢和吸附机理均有影响。 5、包气带土样中添加不同比例的有机物对Cr(Ⅵ)的吸附影响巨大。有机物料在分解的过程中产生二氧化碳和各种有机酸,从而对反应环境的pH值有一定影响,使吸附环境趋于酸性,有利于吸附的进行。有机物料在分解的时候放热,使吸附温度环境升高,也有利于吸附的进行。 6、使示踪剂氯离子在土柱中迁移,得到保守离子穿透曲线。实验结果表明:28h时才有氯离子淋出;Cl-浓度峰值出现在第56h,最大浓度Cmax=0.128mol/L;在72h后,渗滤液中Cl-浓度减少,但减少速率非常缓慢。直至148h,Cl-浓度保持在0.003mol/L不变。Cl-的浓度的历时曲线并未保持严格的正态分布,C1-浓度上升速率较快,下降速率较慢,并且“拖尾”现象比较明显。 用Cr(Ⅵ)溶液穿透土柱,得到Cr(Ⅵ)的穿透曲线。实验结果表明:71h时才有Cr(Ⅵ)淋出;Cr(Ⅵ)浓度峰值出现在第184h,最大浓度Cmax=0.572ug/mL;在184h后,渗滤液中Cr(Ⅵ)浓度缓慢减少,直至470h, Cr(Ⅵ)浓度保持在0.025mol/L不变,可以认为淋滤实验结束。实验结束,包气带土样对Cr(Ⅵ)的截留率为95.6%,与吸附实验结果相比较大,这说明,在自然条件下,由于土样较多,当Cr(Ⅵ)浓度较小的情况下,Cr(Ⅵ)可被包气带土壤吸附,且吸附率较高。 7、利用建立的模型模拟当包气带30m时Cr(Ⅵ)在包气带中的运移变化,当铬渣堆淋出液中的Cr(Ⅵ)浓度为0.5mg/L时,持续淋出30年、40年时包气带底部Cr(Ⅵ)的浓度将分别达到0.072mg/L、0.328mg/L。当铬渣堆淋出液浓度为5mg/L时,淋滤液持续淋出10年、20年、30年、40年时包气带底部Cr(Ⅵ)的浓度将分别达到0.72mg/L、3.44mg/L、4.38mg/L、4.75mg/L。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X13

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【引证文献】
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7 张晶;三氯乙烯在包气带介质中的吸附行为特征研究[D];中国地质大学(北京);2010年
8 孙强;灌溉污水中AOX在包气带中的地球化学过程[D];中国地质大学;2010年
9 刘君;利用环境示踪剂研究滹沱河冲洪积扇地下水补给强度及其变化[D];中国地质科学院;2009年
10 秦传玉;阿特拉津在包气带和地下水迁移转化规律研究[D];吉林大学;2007年
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