多孔介质中宽级配悬浮颗粒与重金属耦合迁移特性研究

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悬浮颗粒与重金属离子的耦合迁移特性研究对于重金属污染物的治理有重要的意义。本文通过一维砂柱渗透试验,研究三种不同的渗流速度(0.087cm/s、0.173cm/s、0.260cm/s)、两种宽范围粒径的硅粉(粒径分布范围分别为30-2000nm和2-70μm,对应的中位粒径分别为D50=227nm、13.24μm)、三种浓度的硅粉悬浮液(0.5mg/m L、1mg/m L、2mg/m L)和三种浓度的铜离子溶液(100μg/L、200μg/L、400μg/L)对两者耦合迁移过程和迁移距离的影响。现将得到的结论列举如下:(1)渗流速度的增加可以使流出液中的硅粉与重金属相对峰值浓度增加,且小粒径范围的硅粉增幅更明显;流出液中开始出现硅粉与硅粉达到相对稳定时的孔隙体积均有所提前,而重金属达到相对稳定时的孔隙体积则近似不变。大粒径范围的硅粉在迁移入口处残余硅粉浓度和平均粒径减小,残余重金属浓度减小,在迁移距离较远处残余硅粉浓度和平均粒径增大,残余重金属浓度增大;而小粒径范围的硅粉在任何迁移距离处的硅粉与重金属残余浓度均减小,但硅粉的中位粒径近似不变。因此硅粉与重金属的平均迁移距离均会随渗流速度的增加而增加。(2)大粒径范围的硅粉流出液中硅粉与重金属相对峰值浓度均较低。通过对比注入溶液无硅粉的情形,可以发现大粒径范围硅粉整体上表现为对重金属迁移的抑制作用,而小粒径范围硅粉表现为促进作用。对于大粒径范围的硅粉,其不同截面处的硅粉与重金属残余浓度均较高,且在迁移入口处会出现骤减。随着迁移距离的增大,大粒径范围的硅粉中位粒径不断减小,而小粒径范围的硅粉中位粒径近似不变。因此对于大粒径范围的硅粉,硅粉与重金属的平均迁移距离更小,且在迁移入口处有大量沉积;而对于小粒径范围的硅粉,硅粉与重金属平均迁移距离更大,且在各个迁移距离处分布更均匀。(3)随着硅粉浓度的增加,渗流液中出现硅粉的孔隙体积提前,且对于小粒径范围的硅粉,其流出液硅粉和重金属相对峰值浓度增加;而对于大粒径范围的硅粉,其流出液硅粉相对峰值浓度先增加后减小,重金属相对峰值浓度则会减小。各迁移距离处硅粉与重金属残余浓度均会增加,但对于大粒径范围的硅粉,各个截面处硅粉的中位粒径有所减小,而小粒径范围的硅粉不受影响。这表明硅粉浓度的增加会使大粒径范围硅粉的平均迁移距离减小,而小粒径范围的硅粉平均迁移距离近似不变。此外,通过对比无添加硅粉组,可以发现硅粉的存在能够增加重金属的平均迁移距离,且硅粉浓度越高,促进作用越强。(4)随着重金属浓度的增加,流出液中硅粉相对峰值浓度会下降,且对于大粒径范围的硅粉抑制作用更大,流出液中重金属相对峰值浓度会增加,且对于大粒径范围的硅粉促进作用更小。重金属浓度的改变几乎不影响各个迁移距离处硅粉的残余浓度与中位粒径,但会使各个截面处重金属残余浓度增加。因此,注入重金属浓度的增加几乎不会影响硅粉颗粒的平均迁移距离,但会使重金属的平均迁移距离增加。
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