地下水中硝酸盐运移反应模拟与去除

发布时间：2019-11-02 05:57

【摘要】：近年来,由于地下水不合理开采和污染物的排放,地下水水质受到了严重破坏。农药化肥的使用和生活污水、工业三废的排放,导致地下水硝酸盐污染成为国内外最普遍、污染面积最大的问题之一。一旦硝酸盐进入地下水,会随地下水流迁移扩散继而使得危害范围逐渐扩大,因此预测硝酸盐在地下含水层中的时间和空间分布变得越来越重要。本文以日本茨城县筑波台市木俣地区为研究对象,硝酸盐是该研究区的代表性污染物,通过对研究区域的地下水位、污染物浓度进行长期的监测,利用Visual MODFLOW软件来模拟地下水流场和硝酸盐的运移转化。同时针对受硝酸盐污染的地下水,采用硼氢化钠还原法制备得到纳米零价铁-镍双金属复合材料(Fe-Ni)和负载型纳米零价铁-镍双金属复合材料,并用水热+热解法制备碳微球对Fe-Ni进行负载,与普通的活性炭负载Fe-Ni进行污染物去除对比。得出以下结论：(1)分别采用MODFLOW模块和RT3D模块建立了维瞬时地下水流运动模型和硝酸盐运移反应模型,通过地下水水头和硝酸盐浓度观测数据与模拟结果的对比分析,结果发现所建立的模型拟合度及仿真性较好,灵敏度与准确度较高,能够有效模拟地下水流动情况以及硝酸盐在时间和空间的分布和变化趋势。(2)采用瞬时流即非稳定流代替稳定流能够很好的减少季节、降雨等自然因素对硝酸盐浓度与地下水水位动态变化的影响。因此Visual MODFLOW模型可用于模拟能够与其他物质发生化学反应的无机污染物在饱和地下水中的运移转化。(3)通过SEM和XRD表征技术发现,Fe-Ni发生团聚呈链状,在负载型纳米零价铁-镍双金属复合材料中,Fe-Ni可以均匀分散在碳载体表面。随着e-Ni投加浓度的增大,对硝酸盐的去除效率也会随之增大。当Fe-Ni农度超过1.0 g/L后,溶液中的硝酸盐基本能与Fe-Ni完全反应,达到稳定状态后去除效率改变不明显。反应180 min后,Fe-Ni投加浓度为0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 g/L时,溶液中硝酸盐的去除率分别为54.52%、76.93%、93.56%、95.47%和96.35%。(4)对比不同纳米材料对污染物的去除效果发现,水热法制备的碳微球与普通的活性炭对硝酸盐均有一定的吸附能力,三种纳米材料对硝酸盐的还原能力依次为：Fe-Ni/C Fe-Ni/AC Fe-Ni,这一方面来自于负载型纳米零价铁-镍双金属复合材料能够对硝酸盐吸附的同时进行催化还原,另一方面,水热+热解法制备的碳微球比普通的活性炭对Fe-Ni的分散性更好,并且具有在地下水中传输的最佳尺寸范围。
【图文】：

逦地下水中硝酸盐运移反应模拟与实验去除研究ＭＯＤＦＬＯＷ来模拟硝酸盐在地下含水层的迁移转化，结果发现地下水中的反硝化比平流和机械分散对减少硝酸盐有更大的ex响，并随着反硝化速率的提高，，地下水中硝酸盐就能够在越短的时间内接近稳定状态。Ｍｅｅ－Ｓｕｎ邋Ｌｅｅ等ｔｕｉ用ＲＴ３Ｄ模型的自模块开发了一个数学模型用于模拟氮化合物在饱和地下含水层中的浓度场变化，结现模拟与实地测定的氮素浓度和溶解氧浓度呈现密切的相关性。逡逑

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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X523

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本文编号：2554331