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
本文关键词：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，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：摘要：自改革开放以来,特别是进入新世纪,中国工业化和城市化进程加快,粗放型经济发展方式造成了严重的环境污染,特别是重金属的高毒性严重威胁了生态环境及人类健康。近年来矿山污染事件频繁,尾矿库是常年积累的高能污染源,尾矿的肆意排放,意外泄漏和管理不善都将造成库区地下水和地表水的污染。因此分析尾矿库重金属污染物的迁移对矿区的环保工程具有重要意义。 本文结合现场环保监测资料采用数值模拟和理论分析的方法,把某金属尾矿库作为研究的基础及背景,对该矿区的尾矿库重金属迁移进行研究分析,主要进行了以下工作： (1)在试验、模拟、防治等方面综述了国内外学者在尾矿库重金属污染迁移扩散方向的研究进展,并把某尾矿库区作为工程研究背景,对其进行系统调研。 (2)以某尾矿库为背景建立了重金属迁移模拟及预测分析。基于渗流场理论建立起某尾矿库污染物迁移的二维数值渗流场模型,应用有限元方法进行运算求解,将计算得到的渗流场结果作为母模型,引入溶质迁移子模型进行耦合运算。计算得出重金属污染物在渗流的作用下第2750天开始在土壤边坡中显露并对周围环境产生影响,并得出渗流场中污染物粒子的迁移路径。再将分析结果与该矿区的环保监测数据进行对比,在一定误差范围内得出模拟结论真实可靠。 (3)为探索该矿区尾矿库对周围生态环境的影响,本文采用点源定通量连续注入的污染物二维迁移解析解对该地区主要水系及库区进行污染预测,结果表明,尾矿水库下游指定水系和污染物迁移潜在区域均符合国家标准规定的Ⅲ类地表水质量要求,对库区下游生态不会造成影响。 (4)采用Fredlund解析关系式描述渗透系数与基质吸力之间的关系,对渗透系数取值进行函数方式改进,探讨了渗流条件下重金属运移过程,对比改良前后重金属的迁移状态得出改良后的迁移模型更接近工程实际及矿区监测情况。并模拟探讨了弥散度对污染物迁移规律的影响程度。 (5)通过数值计算分析,从不同的初始浓度及不同的迁移路径对重金属污染物迁移扩散进行对比分析,结合分析结果提出重金属污染物治理的重点,再从地球物理化学、生态环境等的交叉学科角度分析了污染物扩散机理,并从金属回收再选、充填、酸性水、生物化学等角度分析污染物扩散的治理。文末结合背景矿山的具体环境问题提出了适应于该矿区综合防治的措施建议,为矿山尾矿库的安全管理及环保工程提供理论支持。
【关键词】：重金属 尾矿库 迁移模拟 渗透系数 污染防治
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X753
【目录】：
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 1 绪论10-20
- 1.1 研究目的和意义10-11
- 1.1.1 尾矿库重金属污染10-11
- 1.1.2 本文选题及研究意义11
- 1.2 国内外研究现状11-17
- 1.2.1 尾矿库污染研究进展12-14
- 1.2.2 污染试验研究现状14-15
- 1.2.3 数值模拟研究现状15-16
- 1.2.4 迁移机理研究现状16
- 1.2.5 尾矿污染防治及评价现状16-17
- 1.3 本文的主要研究内容17-19
- 1.3.1 研究目的17-18
- 1.3.2 研究内容18
- 1.3.3 研究方法18-19
- 1.4 技术路线19-20
- 2 武平紫金概况及岩土试验20-28
- 2.1 尾矿库地形地貌和气象水文20-21
- 2.2 地质构造和不良地质作用21-22
- 2.3 尾矿库岩土的构成与特征22-23
- 2.4 堆积体岩土参数试验结果23-24
- 2.5 水文地质条件及坝体浸润线24-26
- 2.6 本章小结26-28
- 3 武平紫金重金属迁移模拟及预测28-50
- 3.1 渗流计算方程28-31
- 3.2 溶质迁移方程31-37
- 3.3 迁移数值计算37-39
- 3.3.1 有限元程序简介37
- 3.3.2 建立几何模型37-38
- 3.3.3 水力边界赋值38-39
- 3.4 求解结果及分析39-44
- 3.4.1 程序求解结果39-41
- 3.4.2 环保监测结果41-42
- 3.4.3 二者对比分析42-44
- 3.5 二维解析迁移预测44-48
- 3.5.1 经验公式44-45
- 3.5.2 参数选取45
- 3.5.3 计算项目45-46
- 3.5.4 预测结论46-48
- 3.6 本章小结48-50
- 4 迁移渗透系数的优化研究50-66
- 4.1 迁移渗透系数的取值处理50-51
- 4.1.1 常见渗透系数处理分析50
- 4.1.2 本文渗透系数处理方式50-51
- 4.2 渗透函数改良模型51-52
- 4.3 边界条件确定52-53
- 4.3.1 确定原则52
- 4.3.2 边界条件52-53
- 4.4 渗流场的建立53-54
- 4.5 渗流场和溶质模型耦合54-55
- 4.6 渗透系数的优化55-57
- 4.6.1 优化理论依据55-56
- 4.6.2 优化方法步骤56-57
- 4.7 优化前的迁移分析57-60
- 4.8 优化后的迁移分析60-64
- 4.9 弥散度的影响规律64-65
- 4.10 本章小结65-66
- 5 基于数值计算的污染防治分析66-84
- 5.1 污染物迁移分析66-73
- 5.1.1 毛细作用分析68-69
- 5.1.2 溶解沉淀分析69-71
- 5.1.3 吸附解析分析71-73
- 5.2 基于不同初始浓度的治理分析73-76
- 5.2.1 不同初始浓度的迁移分析73
- 5.2.2 控制废水浓度的治理分析73-76
- 5.3 基于迁移路径的综合治理分析76-80
- 5.3.1 不同迁移路径的迁移分析76-77
- 5.3.2 控制迁移路径的治理分析77-80
- 5.4 其他防治措施建议80-83
- 5.4.1 净化防治措施80-81
- 5.4.2 尾矿处置措施81-82
- 5.4.3 生态保护措施82-83
- 5.5 本章小结83-84
- 6 结论与展望84-86
- 6.1 本文结论84
- 6.2 论文的主要创新点84-85
- 6.3 本项研究的局限性及研究展望85-86
- 参考文献86-91
- 公开发表的论文91
- 参加的科研工作91-92
- 致谢92
【共引文献】
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，本文编号：375177
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