水泥潜入砂质河床基质对河流污染物对流运移拦截效果的试验研究

发布时间：2020-10-23 16:01

　　 饱和-非饱和土壤介质水分入渗是自然界水循环中的一个重要环节。入渗过程中,随着土壤水分的对流迁移,地面水中的污染物质一方面可通过地层薄弱防护带、补给区带、直接暴露的地下水天窗地带以及其他与地下水存在直接水力联系的地带等快速渗进地下水中形成污染,另一方面也可通过地层较强防护带经不断累积下移,缓慢进入地下水中形成污染。久而久之,输送地表污染水的河道或渠沟必然成为地下水污染的主要污染源。这种地表下渗水及近期大规模渗漏形成的“新生代地下水层”,往往是受污染最严重的地下水。中国约有近70%的人口饮用地下水,地下水一旦受到污染,饮用后将会危害人体健康,甚至危及社会稳定。鉴于此,研究如何拦截地表水中的污染物向下对流迁移,以削减地面污水对地下水资源污染的课题就显得十分重要。本文以山西省河道管护服务总站项目(科2012-1)、山西省晋城市科技计划项目(201202238)和山西省科技攻关项目20150313002-2)为依托,以山西省母亲河——汾河流域干流及支流的河床底泥为试验基质,通过系列室内土柱污水模拟入渗试验,测试分析了水泥潜入砂土基质条件下的水分入渗过程、污染物迁移过程、水泥潜入对污水中污染物的阻截作用和效果。研究首先针对不同细颗粒物质潜入底泥基质的阻渗效果进行比选,然后选用阻渗效果显著且易操作的水泥作为细颗粒阻渗材料,进一步揭示和探讨水泥潜入底泥基质对污水中几种养分元素和污染物的阻截效果,研究结果表明:当细颗粒物质的粒径小于底泥基质的主成分颗粒粒径,并且能有效地潜入河床底泥基质时,能够明显地降低水分在底泥基质中的入渗能力,其减渗效果由底泥基质和阻渗颗粒的综合性能决定;比较几种供试细颗粒物质的阻渗效果发现:水泥潜入的阻渗效果最好,粘土、粉煤灰、高炉水渣的阻渗效果依次降低;水泥是经济性和实用性兼备的理想阻渗颗粒;粘土、粉煤灰、高炉水渣等细颗粒物质由于自身比重小、胶凝性能差等原因,实践推广性较差;影响水泥潜入河床底泥基质减渗效果的因素很多,其主导因素为水泥潜入水头、水泥潜入后的延滞供水时间、底泥基质的容重、底泥基质的质地、水泥潜入量等;通过spss模拟分析,认为可以用研究发现的主导因子作为自变量来确定多元线性模型和多元非线性模型,用其来预测水泥潜入河床底泥的阻渗效果,预测相对误差平均值分别为6.16%和5.86%;但多元线性预测模型形式简单,预报工作量小,可用来做初步的预报工作。底泥基质对入渗污水中主要通过对流作用向下迁移的污染物质有一定的阻截作用;水泥潜入可提高底泥基质的拦截效果;分析1m埋深的渗出液,水泥潜入砂性底泥基质可提高ss拦截效果70%左右;对硝态氮、铵态氮、重金属拦截效果可提高40%以上;对tp、so42-、cl-等的拦截拦截效果提高率为20%左右;对污水中的tds含量,没表现出明显的拦截效果。水泥潜入对污染物质在底泥基质中的纵向分布趋势影响有较大差异,对硝态氮、铵态氮、tp等的分布趋势影响不显著;对盐分so42-、重金属元素等的纵向分布表现出明显的“浅集表聚”现象,影响作用较大;在土体不同深度,处理试样中不同污染物质的含量均一定程度低于参考试样,水泥潜入对进入土体的外源污染物的累积具有一定的抑制作用,可以阻截进入土体中外源污染物的总量。本文在试验基础上,对试验结果及现象做了详细的机理分析。实验证明,水泥颗粒因有91%的颗粒粒径集中在3~32μm之间,比重达3.1,在底泥基质中有较好的潜入能力;在污染水入渗前或在入渗过程中在底泥基质中潜入水泥细颗粒物质,可使水泥填充在土壤颗粒的孔隙之间,有效地减少通气孔隙的比例,增加土壤水在其孔隙中流动的阻力,加之水泥水化产物良好的水硬凝结性和水分吸附功能,可形成透水性差,硬度高的致密阻渗层,对入渗水的阻渗效果可达35%以上;对入渗污水中的营养元素、盐分、重金属等污染物也具有较明显的阻截效果,是一项有效控制地下水污染的措施。该研究结果对于进一步推动利用土体改性影响土壤阻渗特性具有理论建议,对于减小和控制河渠污水对地下水的污染具有实际应用价值。由于试验条件及周期等各方面原因,本论文仅就影响水泥潜入底泥基质的物理因素作了研究,其它影响因素和相互影响效果、数学关系及预报模型还需进一步展开。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X52
【部分图文】：

图 2-2 细颗粒物质的粒度累积分布Fig. 2-2 Ssize cumulative distribution 0f fine particles（3）水渣水渣是钢铁企业采用铁矿石、焦炭、喷吹粉尘等原辅料进行冶炼生铁的体废物。高炉水渣具有潜在的水硬胶凝性能， 已被广泛应用于水泥生可分为水泡渣和水冲渣两种。近年来，随着国内加工技术的不断提高，

渗流土柱：渗流土柱的主体由上水室（供水室）、入渗柱和下水室（排水室）三部分组成，各部分之间通过法兰盘相连接。供水室设置三个可控制进出水孔，分别用来添加水泥稀浆、供水和排气，上水室内装有可以使潜入的细颗粒物质均匀分布的的均衡器，由石棉网改造而成，另一方面它也可以防止入渗初期入渗水对阻渗截流层冲击力过大而形成冲洞；入渗柱内径 10 cm，柱体高 100 cm。柱体侧面从上至下在距上界面 10 cm、30 cm、50 cm、70 cm、90 cm 处 ，设置有两排均匀分布的小孔，用于定时、定位取水、取土，然后进行理化分析；排水室内装填洗净的砂砾，用来保证土壤通气性，计量和排泄土柱的出水；入渗土柱与下水室之间衬有土工布，在保证入渗土柱通气性的同时，防止土柱中的底泥随入渗水排出而进入下水室，影响土柱物理模型。水泥添加系统：添加系统由充氧器、添加瓶、均衡器组成，在把细颗粒物质添加进入入渗水中形成悬浮液的同时打开充氧器，目的是使水泥均匀地分散在水中，从而随着水流顺利进入入渗土柱中。加水孔进气孔

太原理工大学博士研究生学位论文用湿法分散技术，操作简便、输出数据直观，可提高分析精度和时效性。号为 Rise-202X 的激光粒度分析仪。该激光粒度分析仪的激光光源选用 He-N体稳定性好，且具有波长短，线宽窄、使用寿命长等特点，能够很好的为定的激光源信号。激光粒度分析仪的主要技术指标：测量范围 0.02～1200 μ误差<3%，重复性偏差<3%。
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本文编号：2853240