矿区充填复垦物料中重金属元素释放-迁移研究
发布时间：2021-12-22 00:34
充填复垦方法对修复采矿活动造成的采空区及塌陷区,改善矿区环境有着重大作用,已广泛应用于矿区土地复垦。充填复垦物料的选择以及其中污染物在自然条件下的释放迁移对矿区环境具有深远影响。本文结合理论分析、室内实验、数值模拟等方法,对矿区充填复垦物料的选择及其中重金属元素的释放迁移进行研究。本文首先对煤矸石和粉煤灰成分进行了分析,并制备1:0.2、1:0.4、1:0.6和1:0.8四种不同配比样品;利用土柱淋溶实验装置,对各样品中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr五种重金属元素释放-迁移规律进行研究;采用逐级提取法对不同配比样品淋溶前后重金属元素赋存状态变化进行研究;引入Hakanson生态风险评价法进行重金属元素生态风险评价,结合压实率分析,确定最佳配比物料;最后通过多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对所研究重金属元素的释放-迁移规律进行模拟,以预测其长时间范围内的释放-迁移情况。本文所得出的相关结论如下:（1）不同配比煤矸石粉煤灰样品中重金属元素含量随粉煤灰比重的增大呈上升趋势;（2）各配比样品淋出液中重金属元素在释放初期浓度较高,一开始便大量淋出,随后逐渐减小趋于稳定,淋出液...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
淋溶实验土柱Figure2-2Soilcolumnforleachingexperiment在淋溶实验开始前，在土柱中加满水做密封性测试，以确保柱体水密性能，为防止样品发生板结而导致淋溶液无法流出，提前在土柱底端铺设一层滤网，再
硕士学位论文16淋溶液取样，持续37天，共取样13次，并对淋溶液中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd五种重金属的浓度、淋溶液pH值和电导率进行检测。实验装置原理如下图2-3所示：图2-3淋溶实验装置原理图Figure2-3Schematicdiagramofleachingexperimentalset-up逐级提取实验充填复垦物料中重金属元素的赋存状态决定着重金属元素是否易于释放迁移并对环境造成污染，对其进行研究对环境具有重大意义[106]。逐级提取法是重金属元素赋存状态研究最常用方法之一，具有操作简便、适应性强的特点[107,108]。根据Tessier逐级提取法，重金属元素被分为五种赋存状态，用以描述它们的迁移能力及其对环境存在的潜在风险：（1）可交换态：是土壤中部分物质对水中重金属元素产生吸附作用而形成的化学状态，它容易被中性盐类提取剂提取出来，该状态是环境中最为活跃的状态，对环境影响很大；（2）碳酸盐结合态：指重金属元素与碳酸盐结合沉淀或共沉淀为碳酸盐晶体的化学状态，对环境有较强的敏感性，在弱酸环境中即可被释放，其迁移能力和生物活性有所增加，表现出较强的迁移性能，从而对水体及其中生物造成一定影响；（3）铁锰结合态：指铁锰氧化物或铁锰胶体吸收或包封重金属元素而形成的沉积物，这些结合状态通常情况下是稳定的，但在氧化还原条件仍会释放，呈现不稳定性；（4）有机硫化物结合态：某些重金属元素可与沉积物中的腐殖酸、脂肪酸、烷烃和其他有机物质络合、螯合，或与有机硫化物矿物共沉淀于沉积物中，只能
峙浔妊?分斜硐肿罴选?此外，采空区的充填率是影响充填效果的一个重要参数，代表着充填材料占采空区空间的比例，而充填复垦物料的压实率k直接影响上部的稳定性，决定了地表沉降度，二者同时决定上覆地层的运动[114]。压实率被定义为：ysxVkV（3-3）式中，Vys为压实后充填复垦物料体积；Vx为松散充填复垦物料体积。为测定四种不同配比样品压实率，采用MTS815.02电动液压伺服岩石力学试验仪进行测试。材料容器为圆柱形钢管，内径为128mm，深度为165mm，实验仪器如图3-12所示，测试结果如图3-13所示。图3-12MTS815.02电动液压伺服岩石力学试验仪Figure3-12MTS815.02electro-hydraulicservorockmechanicstestinstrument
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矸石充填复垦采煤塌陷区可行性分析[J]. 程艳芳. 能源与环保. 2019(12)
[2]基于不同煤矸石的成分分析及堆存区地下水污染特征研究[J]. 吴松,李修好,胡新,衡强强,汪银梅. 环境科技. 2019(03)
[3]粉煤灰充填复垦土壤理化性质分布特征及其对覆土厚度响应[J]. 张世文,葛畅,赵辉,郑印,沈强,周妍. 安徽农业大学学报. 2019(01)
[4]高潜水位采煤塌陷地粉煤灰充填复垦可行性分析[J]. 程艳芳. 煤矿开采. 2018(06)
[5]煤矸石在土地复垦中应用探究[J]. 温鹏飞,李静,何振嘉. 煤炭技术. 2018(12)
[6]底板岩性对煤矸石充填体重金属元素迁移影响规律数值模拟[J]. 宋天奇,黄艳利,张吉雄,李俊孟. 煤炭学报. 2018(07)
[7]铅锌矿区土壤重金属的淋溶试验研究[J]. 张斯宇,何绪文,李焱,房增强,王浩. 矿业科学学报. 2018(04)
[8]不同环境介质中污染物生态风险评价方法的国内研究进展[J]. 沈洪艳,胡小敏. 河北科技大学学报. 2018(02)
[9]我国采煤沉陷区现状、综合治理模式及治理建议[J]. 胡炳南,郭文砚. 煤矿开采. 2018(02)
[10]煤矸石堆存对土壤盐分空间分布特征的影响及主要因子的研究[J]. 张治国,胡友彪,郑永红,陈孝杨. 煤炭学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于多孔介质理论的土体多场耦合模型及其在非饱和土本构建模中的应用[D]. 蔡国庆.北京交通大学 2012
[2]煤矸石山中多组分溶质释放—迁移规律的研究[D]. 姜利国.辽宁工程技术大学 2011
硕士论文
[1]准东地区土壤重金属污染特征及其健康风险评价研究[D]. 阿卜杜萨拉木·阿布都加帕尔.新疆大学 2018
[2]非均质页岩气藏污染物迁移机理研究[D]. 杜梦琳.中国矿业大学 2018
[3]淋滤作用下煤矸石中污染物质的释放机理及潜在生态风险评价[D]. 李万鹏.长安大学 2017
[4]MSWI底灰浸出液形态分析及重金属迁移过程模拟研究[D]. 薛鑫.河北工程大学 2016
[5]降雨作用下固化稳定化重金属污染土浸出特性的模型试验与数值模拟研究[D]. 刘兆鹏.东南大学 2015
[6]重金属在尾矿库岩土渗流场中的迁移模拟及污染防治研究[D]. 饶宝文.中南大学 2014
[7]淮南矿区不同充填物复垦土壤的研究[D]. 何君.安徽理工大学 2013
本文编号：3545453
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
淋溶实验土柱Figure2-2Soilcolumnforleachingexperiment在淋溶实验开始前，在土柱中加满水做密封性测试，以确保柱体水密性能，为防止样品发生板结而导致淋溶液无法流出，提前在土柱底端铺设一层滤网，再
硕士学位论文16淋溶液取样，持续37天，共取样13次，并对淋溶液中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd五种重金属的浓度、淋溶液pH值和电导率进行检测。实验装置原理如下图2-3所示：图2-3淋溶实验装置原理图Figure2-3Schematicdiagramofleachingexperimentalset-up逐级提取实验充填复垦物料中重金属元素的赋存状态决定着重金属元素是否易于释放迁移并对环境造成污染，对其进行研究对环境具有重大意义[106]。逐级提取法是重金属元素赋存状态研究最常用方法之一，具有操作简便、适应性强的特点[107,108]。根据Tessier逐级提取法，重金属元素被分为五种赋存状态，用以描述它们的迁移能力及其对环境存在的潜在风险：（1）可交换态：是土壤中部分物质对水中重金属元素产生吸附作用而形成的化学状态，它容易被中性盐类提取剂提取出来，该状态是环境中最为活跃的状态，对环境影响很大；（2）碳酸盐结合态：指重金属元素与碳酸盐结合沉淀或共沉淀为碳酸盐晶体的化学状态，对环境有较强的敏感性，在弱酸环境中即可被释放，其迁移能力和生物活性有所增加，表现出较强的迁移性能，从而对水体及其中生物造成一定影响；（3）铁锰结合态：指铁锰氧化物或铁锰胶体吸收或包封重金属元素而形成的沉积物，这些结合状态通常情况下是稳定的，但在氧化还原条件仍会释放，呈现不稳定性；（4）有机硫化物结合态：某些重金属元素可与沉积物中的腐殖酸、脂肪酸、烷烃和其他有机物质络合、螯合，或与有机硫化物矿物共沉淀于沉积物中，只能
峙浔妊?分斜硐肿罴选?此外，采空区的充填率是影响充填效果的一个重要参数，代表着充填材料占采空区空间的比例，而充填复垦物料的压实率k直接影响上部的稳定性，决定了地表沉降度，二者同时决定上覆地层的运动[114]。压实率被定义为：ysxVkV（3-3）式中，Vys为压实后充填复垦物料体积；Vx为松散充填复垦物料体积。为测定四种不同配比样品压实率，采用MTS815.02电动液压伺服岩石力学试验仪进行测试。材料容器为圆柱形钢管，内径为128mm，深度为165mm，实验仪器如图3-12所示，测试结果如图3-13所示。图3-12MTS815.02电动液压伺服岩石力学试验仪Figure3-12MTS815.02electro-hydraulicservorockmechanicstestinstrument
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矸石充填复垦采煤塌陷区可行性分析[J]. 程艳芳. 能源与环保. 2019(12)
[2]基于不同煤矸石的成分分析及堆存区地下水污染特征研究[J]. 吴松,李修好,胡新,衡强强,汪银梅. 环境科技. 2019(03)
[3]粉煤灰充填复垦土壤理化性质分布特征及其对覆土厚度响应[J]. 张世文,葛畅,赵辉,郑印,沈强,周妍. 安徽农业大学学报. 2019(01)
[4]高潜水位采煤塌陷地粉煤灰充填复垦可行性分析[J]. 程艳芳. 煤矿开采. 2018(06)
[5]煤矸石在土地复垦中应用探究[J]. 温鹏飞,李静,何振嘉. 煤炭技术. 2018(12)
[6]底板岩性对煤矸石充填体重金属元素迁移影响规律数值模拟[J]. 宋天奇,黄艳利,张吉雄,李俊孟. 煤炭学报. 2018(07)
[7]铅锌矿区土壤重金属的淋溶试验研究[J]. 张斯宇,何绪文,李焱,房增强,王浩. 矿业科学学报. 2018(04)
[8]不同环境介质中污染物生态风险评价方法的国内研究进展[J]. 沈洪艳,胡小敏. 河北科技大学学报. 2018(02)
[9]我国采煤沉陷区现状、综合治理模式及治理建议[J]. 胡炳南,郭文砚. 煤矿开采. 2018(02)
[10]煤矸石堆存对土壤盐分空间分布特征的影响及主要因子的研究[J]. 张治国,胡友彪,郑永红,陈孝杨. 煤炭学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于多孔介质理论的土体多场耦合模型及其在非饱和土本构建模中的应用[D]. 蔡国庆.北京交通大学 2012
[2]煤矸石山中多组分溶质释放—迁移规律的研究[D]. 姜利国.辽宁工程技术大学 2011
硕士论文
[1]准东地区土壤重金属污染特征及其健康风险评价研究[D]. 阿卜杜萨拉木·阿布都加帕尔.新疆大学 2018
[2]非均质页岩气藏污染物迁移机理研究[D]. 杜梦琳.中国矿业大学 2018
[3]淋滤作用下煤矸石中污染物质的释放机理及潜在生态风险评价[D]. 李万鹏.长安大学 2017
[4]MSWI底灰浸出液形态分析及重金属迁移过程模拟研究[D]. 薛鑫.河北工程大学 2016
[5]降雨作用下固化稳定化重金属污染土浸出特性的模型试验与数值模拟研究[D]. 刘兆鹏.东南大学 2015
[6]重金属在尾矿库岩土渗流场中的迁移模拟及污染防治研究[D]. 饶宝文.中南大学 2014
[7]淮南矿区不同充填物复垦土壤的研究[D]. 何君.安徽理工大学 2013
本文编号：3545453
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