人工回灌场地地下水中胶体特征识别及其迁移规律研究

发布时间：2017-04-25 23:10

  本文关键词：人工回灌场地地下水中胶体特征识别及其迁移规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人工回灌能够缓解地面沉降、地裂缝等环境地质问题,但回灌水的注入会打破原始地下水动力场和水化学场的平衡,对回灌区的地下水质安全造成影响。而胶体广泛存在于地下水中,且对地下水中重金属、有机组分、无机组分等的迁移过程有很大的影响。本文旨在查明回灌场地天然胶体的类型及其在含水层中的迁移规律及其影响因素。论文综合运用野外调查、室内实验、数值模拟等手段,以求得到较为客观的结论。本论文的成果主要包括以下几点:1、本次采用水样超滤法对野外回灌水源和原始地下水进行了取样分析,结合水质、各级滤膜的测试数据,对场地天然胶体类型进行了识别。结果显示:粒径在100KDa~0.45μm范围内无机胶体占主要部分,在50~100KDa内有机胶体占主要部分。结合场地条件,综合考虑各组分在有机胶体和无机胶体中所占比例及自身特征,本次研究选取了腐殖酸胶体代表有机胶体和二氧化硅胶体代表无机胶体为主要研究对象。2、在本次场地胶体种类识别的结果上,重点考察了腐殖酸胶体和二氧化硅胶体在不同水化学条件和水动力条件下的粒径和电势电位变化规律。其中腐殖酸胶体和二氧化硅胶体的粒径和电势电位(负电势)均随着悬浮液pH的升高而增大,即pH增大,胶体稳定性提高。而随着离子强度的升高,其粒径有增大的趋势而电势电位(负电势)出现下降趋势。即IS增大,胶体稳定性降低。3、通过构建胶体在线实时监测平台,实现了对典型胶体迁移过程的全程实时监控。通过监测不同离子强度(0.0005M,0.02M,0.05M)、不同pH(5,7,9)以及不同地下水流速(0.1ml/min,0.2ml/min,0.4ml/min)条件下腐殖酸胶体和二氧化硅胶体迁移过程中的浓度变化、粒径分布特征,并结合DLVO相互作用能量图对天然胶体在含水层中的迁移机制进行了较为全面的深入探讨。结果表明,在相同的实验条件下,腐殖酸胶体与二氧化硅胶体在多孔介质中的迁移过程和规律略有不同,离子强度的变化对其迁移过程影响明显,流速和pH的变化也会影响其在含水层中的迁移。4、结合野外调研与室内实验结果,利用COMSOL Multiphysics多物理场模拟软件,针对本次构建模型中腐殖酸胶体和二氧化硅胶体的迁移过程进行模拟求解,模拟结果显示:随着IS的增大,胶体沉积速率常数attk也明显随之增大,即IS对胶体的沉积过程影响明显。其他pH等条件下,胶体沉积速率常数attk变化不大。本次模拟结果显示,在淋滤初期1PV内,胶体存在二次释放的现象,随着淋滤的不断进行,胶体浓度低于检出限,表明胶体迁移能力强,对回灌区水质存在威胁。
【关键词】：人工回灌 胶体识别 影响因素 迁移规律 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.25;X523
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 选题依据11-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 水体中天然胶体的来源及类型13-15
• 1.2.2 胶体稳定性分析15-17
• 1.2.3 胶体在地下水中的迁移规律17-19
• 1.2.4 胶体在地下水中迁移的数值模拟研究19-21
• 1.3 研究目标与研究内容21-22
• 1.4 技术路线22-24
• 第二章 研究区概况24-30
• 2.1 自然地理概况24-26
• 2.1.1 自然地理位置24
• 2.1.2 气象条件24
• 2.1.3 水文条件24-25
• 2.1.4 地形地貌25-26
• 2.2 地质与水文地质条件26-28
• 2.2.1 地质条件26-27
• 2.2.2 水文地质条件27-28
• 2.3 研究区浅层地下水化学特征28-29
• 2.4 研究区回灌工程简介29-30
• 第三章 场地胶体类型识别及其理化特征分析30-48
• 3.1 场地胶体类型识别30-38
• 3.1.1 场地天然胶体的采集30-31
• 3.1.2 场地天然胶体的主要类型31-38
• 3.2 典型胶体配制及理化特征38-48
• 3.2.1 有机胶体的配制及理化性质38-43
• 3.2.2 无机胶体的配制及理化性质43-48
• 第四章 不同人工回灌条件下有机胶体的迁移规律48-61
• 4.1 实验目的48
• 4.2 实验设计48-50
• 4.2.1 实验材料48
• 4.2.2 实验装置48-50
• 4.3 实验方案50
• 4.4 实验结果与分析50-61
• 4.4.1 胶体沉积速率系数的计算50-51
• 4.4.2 不同pH条件下有机胶体在多孔介质中的迁移实验51-54
• 4.4.3 不同IS条件下有机胶体在多孔介质中的迁移实验54-59
• 4.4.4 不同流速条件下有机胶体在多孔介质中的迁移实验59-61
• 第五章 不同人工回灌条件下无机胶体的迁移规律61-74
• 5.1 实验目的61
• 5.2 实验设计61
• 5.2.1 实验材料61
• 5.2.2 实验装置61
• 5.3 实验方案61-62
• 5.4 实验结果与分析62-74
• 5.4.1 胶体沉积速率系数的计算62-63
• 5.4.2 不同pH条件下无机胶体在多孔介质中的迁移实验63-66
• 5.4.3 不同IS条件下无机胶体在多孔介质中的迁移实验66-71
• 5.4.4 不同流速条件下无机胶体在多孔介质中的迁移实验71-74
• 第六章 天然胶体在含水层中的迁移模拟74-86
• 6.1 有机胶体在含水层中的迁移模拟74-81
• 6.1.1 数值模型的建立与求解74-76
• 6.1.2 模拟结果76-79
• 6.1.3 模型参数79-81
• 6.2 无机胶体在含水层中的迁移模拟81-86
• 6.2.1 数值模型的建立与求解81
• 6.2.2 模拟结果81-84
• 6.2.3 模型参数84-86
• 第七章 结论与建议86-91
• 7.1 结论86-90
• 7.2 存在的问题与建议90-91
• 参考文献91-96
• 作者简介96-97
• 致谢97

【参考文献】

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本文编号：327264