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重金属镉在上海浅地层中的纵向迁移吸附试验及模拟研究

发布时间:2018-03-20 17:23

  本文选题:上海地质 切入点:镉污染 出处:《吉林大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:上海是一个工业化高度发达的城市,是全国的经济金融中心。在过去工业化高速发展的几十年里,上海的经济发展取得了可喜可贺的成绩,与此同时,上海地区也面临着比较严重的土壤重金属污染问题。但是,目前上海地区土壤重金属污染的研究多停留在表层的耕作层或者路边的灰尘方面,而对重金属污染在上海地区不同地层不同类型的原状土中迁移扩散的规律基本空白。因此,本文从地质学角度出发,以上海浅部地层中的粉质粘土和粉砂土为研究对象,以镉为例,采用室内土柱模拟试验和化学定量分析等方法,研究了重金属镉离子在上海浅层粘性土和砂性土中的吸附及扩散迁移规律,分析了其内在机理,并运用Geostudio软件对镉在粉质粘土中的迁移试验进行了数值模拟,得出了以下主要结论:(1)上海这种低渗透系数粉质粘土中水对溶质的对流迁移作用很小,重金属迁移主要依赖于水动力弥散和分子扩散作用。低渗土中重金属迁移与渗流不同步,且可认为关系很小,试验中不同的渗流情况却得到了极为相近的迁移结果,推断分子扩散是其迁移的主要方式。(2)重金属镉在粉质粘土中迁移是按照浓度呈阶梯状自上而下非线性递减的模式进行的。在某段或多段深处会出现浓度相等或相近的阶段,这反映了浓度扩散的极限趋势及迁移和吸附作用的平衡。由于粘性土的吸附滞留和机械阻挡等作用,重金属污染在粘性土迁移扩散不能顺畅自由地很快进行,而是会在浓度差的作用下一点点以分子扩散的方式迁移下去,自上而下、由密及疏地呈现出不同的浓度梯度,浓度梯度也以数量级递减的趋势变化。(3)重金属镉在强碱性的粉砂土中的迁移没有在粘性土中那样明显的分子扩散和解吸过程,而主要是对流迁移-机械弥散过程和吸附过程。镉的运移被土强烈的化学吸附滞留作用所主导,水的对流迁移作用又因强碱性粉砂的强吸附作用而表现微弱。粉砂土迁移试验中溶质99%在表面,极少量到达了1-3厘米的深处,可见,水的渗流对重金属Cd在上海强碱性砂性土中的迁移影响也不大。(4)通过镉在粉砂土中的吸附穿透试验得到,上海地区强碱性粉砂土对镉的吸附饱和值约为2566mg/kg。土壤对离子的吸附饱和值体现了土壤对离子的吸附能力,土壤pH是影响吸附饱和值的重要因素。粉砂土对重金属镉的吸附能力与其单位质量接触的溶质质量成负指数函数关系,即随着单位质量接触的溶质质量的增大,粉砂土单位质量吸附的溶质质量也跟着增加,增加的速率不断减小,直到增加的速率为零达到吸附饱和。(5)应用Geostudio对粘性土柱迁移试验进行数值模拟,通过稳态渗流、对流-弥散和粒子示踪分析,得到的渗流结果与污染物迁移距离与试验结果相符,证实了用Geostudio软件进行数值模拟预测土壤污染物迁移的可行性。(6)在场地调查前,应充分搜集原场地使用类型、可能污染物的类型、场地使用的年限、污染物排放管道的布置、排放途径、污染物的排量等资料,方便在详细调查之前更好地分析、模拟和预估,减少盲目的工作量。
[Abstract]:Shanghai is a highly developed industrialized city, is the country's economic and financial center. The rapid development of industrialization in the past few decades, Shanghai's economic development has made gratifying achievements, at the same time, Shanghai is also facing the serious pollution of soil heavy metal pollution problem. However, the study of heavy metal pollution in soil in Shanghai area stay in the surface of the dust layer or roadside tillage, and the basic laws of migration and diffusion of heavy metal pollution in different blank strata in the Shanghai area of different types of undisturbed soil. Therefore, this paper from the perspective of geology, Shanghai shallow silty clay and silty sand as the research object, using cadmium as an example, using the indoor soil column simulation experiment and quantitative chemical analysis methods, adsorption and diffusion transfer regularity of heavy metal cadmium ion in Shanghai shallow clay soil and sand soil. Law, analyzes its internal mechanism, and use the Geostudio software to simulate the migration test of cadmium in silty clay, the main conclusions are as follows: (1) small advective transport in Shanghai the low permeability coefficient of silty clay water to solute, heavy metal migration mainly depends on the hydrodynamic dispersion and the molecular diffusion and migration of heavy metals in soil. The flow is not synchronized with low permeability, and argues that the relationship is very small, the test in different seepage conditions have been very close to the migration, infer the molecular diffusion is the main migration. (2) the heavy metal cadmium in silty clay migration is in accordance with the concentration is decreasing the ladder from top to bottom nonlinear model carried out. In one or more sections of deep concentration will appear equal or close to the stage, which reflects the trend of migration and concentration diffusion limit and adsorption equilibrium. Because of clay The adsorption and mechanical barrier function, diffusion cannot smooth freely soon the migration of heavy metal pollution in soil, but difference in concentration under the action of a little bit to the molecular diffusion migration down from top to bottom, from dense and sparse showing different concentration gradient, the trend of changes in the concentration gradient magnitude to also decline. (3) the migration of cadmium in strong alkaline silt in not in cohesive soil as distinct molecular diffusion and desorption process, which is mainly mechanical convection diffusion process and adsorption process. The migration of cadmium was strong chemical adsorption and soil retention effect dominated by advective transport of water and due to strong adsorption of strong alkaline silt and silty sand. Weak solute migration test 99% on the surface, very little at depths of 1-3 cm visible, water seepage on the heavy metal Cd in Shanghai alkali sand Effect of migration in soil is small. (4) obtained by adsorption of cadmium in silty sand in the penetration test, the adsorption of strong alkaline silt in Shanghai area on the CD saturation value of about 2566mg/kg. soil on ion adsorption saturation value reflects the adsorption capability of soil ion, soil pH is an important factor affecting the adsorption saturation value silty sand. The adsorption capacity of cadmium and the unit mass contact quality solute negative exponential function, with the increase of solute quality per unit mass of the contact, the quality of powder sand adsorption solute units will also increase, the increase rate decreases, the rate of increase is zero until the adsorption reached saturation (5. The application of Geostudio) on the clay column Migration Experiment and numerical simulation, the steady flow, the convection dispersion analysis and particle tracing, the result is consistent with the seepage of pollutant migration distance and test results, Confirmed using Geostudio software to simulate the feasibility of predicting soil pollutant migration. (6) at the venue before the survey, should fully collect original use of the site type, site type may pollutants, the use of age, pollutant discharge piping layout, discharge of pollutants, emissions and other information, to facilitate a better analysis in detail before the investigation, simulation and prediction, reduce the workload of the blind.

【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X53

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本文编号:1640070

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