赤泥滤液的渗流穿透特性及污染物迁移过程研究

发布时间：2020-05-28 12:38

【摘要】：各类污染物(包括可溶性污染物和悬浮颗粒)迁移过程的研究已成为环境岩土工程研究的热点课题之一,这些研究在海洋隧道工程、污染物治理、化学工业、石油开采、核废料处置、注浆工程和土壤修复等领域有重要的学术意义和应用价值。本论文以氧化铝生产过程中产生的包含强碱性极细颗粒固体废物的废弃滤液的渗流迁移为研究背景,研究赤泥滤液的穿透特性和对岩土介质的污染和腐蚀性。为此,论文首先对国内外赤泥滤液的化学成分进行分析,然后就一种典型赤泥的穿透特性进行室内试验,分析其穿透规律和影响因素。在此基础上,对该类问题的穿透迁移过程进行理论分析和解析求解。论文主要的研究内容包括： (1)选用两种典型赤泥滤液样品,一种呈灰色,取自信发山西交口赤泥储库；一种为红褐色,取自信发山东赤泥储库。分析两种赤泥溶液的阳离子、碱性离子(如OH-根离子等)和酸性离子(如SO42-、NO3-等)的浓度,为赤泥穿透过程和抗腐蚀性研究提供依据。 (2)对赤泥滤液在3种不同浓度和3种不同的渗流速度下进行室内石英砂土柱的穿透试验,研究物理因素对饱和多孔介质中具有强碱性赤泥滤液中悬浮颗粒和OH-1离子等的迁移特性的影响,并与中性滤液中颗粒的渗流穿透过程进行了比较,研究化学因素对饱和多孔介质中赤泥滤液中悬浮颗粒迁移特性的影响。比较了含OH-1离子和不包括OH-1离子两种情形下,浓度与浊度的率定关系曲线特征和差异,以探讨OH-1离子对赤泥颗粒穿透过程的影响。 (3)对颗粒粒径为10μm和47μm两种粒径大小的天然硅粉组成的混合悬浮颗粒(质量各占50%),进行了3种浓度和3种渗流速度下的石英砂土柱穿透试验(不包括OH-1离子)。同时,比较了含OH-1离子和不包括OH-1离子两种情形下,天然硅粉悬浮颗粒浓度与浊度的率定关系曲线,以探讨OH-1离子对混合型硅粉率定曲线的影响,进而研究OH-1离子存在对天然硅粉颗粒迁移过程的影响。同时,进一步探讨OH-1离子对赤泥颗粒迁移过程影响的物理本质。 (4)考虑了饱和多孔介质中悬浮颗粒沉积动力过程中的弥散效应,建立一个含有源项的悬浮颗粒一维渗透迁移模型,并通过Laplace变换及其逆变换求得面源问题的基本解。然后,利用源函数法推演一维多孔介质局部区域内具有悬浮颗粒释放源情形下的解答。考虑了释放源按指数形式衰减、释放源浓度按循环规律变化、污染物短期释放效应等情况下污染物迁移过程及其变化规律。 (5)建立了考虑释放效应的一维渗透及三维弥散效应的渗透迁移模型,通过Laplace变换和Fourier变换及其逆变换求得相应控制方程的通解。然后利用“源函数法”的基本思想,通过积分方法得到半无限体表面局部区域上注入可溶性污染物时迁移过程的求解方法,并通过一个算例来加以验证。分析了圆形域上定浓度污染源迁移过程、污染物浓度按指数衰减规律迁移过程,以及污染源浓度呈循环变化过程变化等的演化过程。
【图文】：

特性图,污染物迁移,悬浮颗粒,特性

固相）变成三相的介质，，即增加了胶体等细小颗粒组成的移动的固相。污染物在多孔介质中存在的形式有三种（见图1.1)【68，89]，即吸附于静止不动介质表面的污染物；溶解于水中随水流移动的污染物；吸附于细小颗粒表面并随颗粒迁移的污染物。由于细小颗粒的大小排除效应，使得细小颗粒携带的污染物的迁移范围加大，迁移速度更快[71~77]。Utsunomiya等【69】对内华达核试验场中钢化物的分析表明，胶体能显著地增大锕化物的迁移范围。Puis等t62】研究表明砷酸盐被胶体吸附的迁移速度比在溶液中的迁移速度要快21倍。K:arathanasis*[88】研究表明，颗粒细小的胶体能很大地促进Cu元素和Zn元素的迁移76],而Zn比Cu的迁移速度要大。Missana等[87]通过室内试验研究了花岗岩裂隙中蒙脱石胶体对放射性元素Eu和Pu的影响，认为Eu元素和Pu元素的运动主要是由胶体驱动引起的。实际上

机械弥散,机理

由于多孔介质中存在孔隙以及固体骨架，使得孔隙中液相的方向和微观速度大小不均，此即所谓机械弥散（图2.1)。机械弥散的成因一般可以分成三类。其一，当孔隙比较小时，水流流动的阻力大，则流体的流速就比较小，而孔隙比较大时流动的阻力小，则流体的流速就比较大：其二，由于受孔隙长短和形状的影响，不同孔隙中流体的流动速度也是各不相同；其三，由于流体和固体骨架之间的相互摩擦，造成孔隙中心的流速要大于两侧的流速。机械弥散作用产生的迁移通量同样可以用Fick第一定律描述，即(2.5)式中：—弥散通量，单位时间垂直通过单位面积的污染物的质量—机械弥散系数丨L2rii。20
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X758;X142

【参考文献】