淋滤作用下矸石浸出液对土壤包气带渗透性变化影响机理研究

发布时间：2020-05-16 15:23

【摘要】：露天堆放的煤矸石在雨水淋滤作用下,污染物质大量释放,造成堆放区下部土壤包气带渗透系数发生变化,从而有利于部分有毒有害成分进入土壤,危害堆放区及周边生态环境。目前,我国对于土壤-矸石系统的研究大多是采用淋滤与渗透实验来探究渗透性的变化机理,但涉及土壤包气带矿物溶解沉淀及微生物生长繁殖对土壤渗透性的影响研究相对较少。本文依托国家自然科学基金(41372258),利用陕西韩城燎原矿区煤矸石为研究对象,运用室内试验和数值模拟,分析土壤孔隙及渗透系数的变化规律,阐明水化学反应和微生物对土壤渗透系数变化的影响,揭示了淋滤作用下矸石-土壤系统中渗透系数的变化机理,研究结果如下:1、不同土壤介质在淋滤作用下渗透系数变化存在明显差异。砂土介质在整个淋滤周期内渗透系数平均值为6.14×10~(-3)cm/s,随淋滤天数的增加,渗透性进一步增强,最大达8×10~(-3)cm/s;粉土介质渗透系数均值是经验值的1.22倍,较大变化主要集中在淋滤后期;粘土由于自身粘粒含量多、比表面积大等特性,故渗透系数最小,均值为4.66×10~(-5)cm/s。2、在淋滤过程中除了孔隙和渗透性有明显变化外,阴阳离子释放以及浸出液矿化度也存在明显差异。通常来说,土壤粒径越大,孔隙越大,常量组分释放越快,但由于土壤自身条件以及微生物生长繁殖的环境存在差异,导致土壤在不同淋滤时间内孔隙堵塞程度不同,常量组分释放也不尽相同。其中砂土矿化度初期释放量为155mg/l,随淋滤时间的增加,矿化度逐渐增大;粉土矿化度在252-2750mg/l之间变化;粘土矿化度呈现初期释放量高,中期降低后期增大的变化趋势,平均释放量为251.84mg/l。结合整个煤矸石-土壤系统常量组分释放大体呈粉土粘土砂土的变化趋势。3、PHREEQC模拟结果显示,矿物溶解沉淀变化与土壤渗透系数变化存在密切关系。淋滤作用下矸石中释放的物质在土壤介质的水化学作用下,堵塞或溶滤土壤孔隙,导致煤矸石-土壤渗透系数发生变化。其中砂土在水岩作用下矿物溶解沉淀量基本达到平衡,淋滤后期存在一定变化,总体沉淀量达2.21×10~(-3)mg/l;粉土淋滤前期矿物以沉淀为主,后期以溶解为主,不同时间段矿物溶解沉淀呈动态变化,整体沉淀量达2.09×10~(-1)mg/l;粘土由于自身内外表面存在较强的吸附能力,可以有效的吸附水化学反应产生的沉淀物质堵塞土壤颗粒之间的孔隙,故矿物溶解沉淀量最大,为粉土的2.68倍。4、土壤渗透性变化不但会受到自身矿物溶解沉淀变化的影响,同时也会受到微生物生长繁殖的影响。结合微生物细菌含量变化情况来看,砂土介质孔隙主要受到蜡状芽孢杆菌的影响,繁殖数量达88×10~4,占细菌比例的52.34%;粉土介质渗透性主要受到酵母菌的影响,最大繁殖数量达13×10~4,后期以葡萄球菌为主;粘土介质的渗透性主要受到蜡状芽孢杆菌和大肠埃希菌的影响。土壤渗透过程为微生物生长提供必要的营养物质,在良好的渗透条件下微生物大量繁殖,繁殖的微生物堵塞土壤颗粒之间的孔隙,降低了土壤渗透性能。5、通过对影响渗透系数的各种因素进行相关分析和主成分分析,建立多元回归方程发现,砂土介质渗透性主要受到孔隙率(比)、矿物溶解沉淀量的影响,微生物对其渗透性影响较小;粉土介质的孔隙率与矿物溶解沉淀量对土壤渗透性影响基本在同一个数量级;而粘土介质微生物生长对其渗透性造成一定影响,但主要以矿物沉淀变化为首要影响因素。
【图文】：

孔隙率测定实验孔隙比三种土壤微生物分离纯测定不同时间段土壤浸出液阴阳离子含测定不同时间间隔三种土壤孔隙率变化不同时间段土壤微生物的分离与纯化分析浸出液八大离子变化趋势分析不同时间段孔隙率变化趋势分析土壤介质微生物生长繁殖水文地球化学反向模拟 微生物种类和数量变

室内试验测定渗透系数。其中室内试验的方式由于取样地区与实验定程度上存在实际值与测量值存在偏差的现象。因此，充分考虑数的因素，如土壤密实度、土壤级配、淋滤液温度等，土壤中各种学反应以及封闭在矸石中的气体都会影响土壤包气带渗透系数的变 GB-50123-1999 规定，本试验选用改进 TST-70 作为实验装置，具内径为 9.5cm，高 36cm，筒壁上中下端分别装有测压管，每个测据实测水柱高度进行水头计算。在淋滤柱中装入截面为 A，长度为动泵保持滴管中水流自上而下的流入，使得流入和流出水量大致排尽水头差为△h 和渗出流量 Q 稳定后，统计不同类别土样的水量粉土、粘土中混入了煤矸石，且土样粒径相对较大，因此，室内试进行渗透系数测定，，根据达西定律推导出渗透系数 K 的表达式。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;X752

【参考文献】

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本文编号：2666941