物理因素对胶体在饱和多孔介质中运移的影响

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介质吸附胶体主要是通过相互作用力、低流速或流动停滞区和物理堵塞(堵塞和楔)。孔隙空间及水流停滞等物理因素对胶体在多孔介质中的滞留至关重要。大小不同和形状规则、不规则的孔隙空间对胶体的滞留能力不同。地下水中流速为零的区域是污染物胶体滞留的重要场所,水流停滞时间长度对胶体滞留和释放存在影响。本研究用玻璃珠与石英砂做土柱填充介质,使胶体在不同的溶液化学条件与流速下通过饱和土柱,研究孔隙空间和流动停滞时长对胶体在饱和含水介质中滞留与释放的影响。本研究进一步加深了胶体物质在地下水系统中运移行为的理解,为预测地下水中有机、无机和生物类胶体污染物运移扩散,以及污染地下水与污染场地修复提供理论依据。
  不同溶液pH和离子强度下,胶体在经酸洗或水洗后的玻璃珠或石英砂中的运移行为试验结果表明,粒径相同的玻璃珠与石英砂(0.45~0.6mm)相比,形状一致的玻璃珠形成的孔隙空间(孔隙率0.38)小于石英砂(0.45)。酸洗与水洗后的玻璃珠表面成分变化不大(0~0.6%),经酸洗的介质后能提供更多有利吸附位点。在高pH(10)环境下,石英砂经酸洗或水洗后,胶体滞留量增大(72.1%和69.2%)。提高溶液pH到10后出现的胶体吸附增加,是颗粒接触点、非流动区或低流速区和涡流区滞留等孔隙空间滞留机制引起的,用DLVO理论无法解释。在离子强度为0.001mol?L-1或0.05mol?L-1环境下,酸洗石英砂中胶体滞留量比酸洗玻璃珠的分别高16.3%和28.0%,表明介质孔隙空间增大可加强颗粒接触点、非流动区或低流速区和涡流区滞留,然而优先流能够削弱孔隙空间滞留机制对胶体的滞留。此外,超纯水解吸时仅使少量胶体(<3.9%)从玻璃珠与石英砂介质的孔隙涡流区中解吸出来,表明涡流区对胶体的滞留不是胶体滞留在介质中的主要机制。无论溶液化学条件如何,具有不规则且分布广的孔隙空间能创造更多流动停滞区或低流速区以及颗粒间的接触点,使得物理堵塞是胶体在多孔介质中滞留的主要机制。
  不同水流停滞时段对胶体运移的影响试验结果表明,水流停滞32h以内,使用去离子水解吸胶体,相对回收率介于5.2%~5.3%,水流停滞对胶体再运移能力的影响不明显。水流停滞32h以上,水流停滞对胶体运移能力的影响逐渐增大。水流停滞达120h后,胶体几乎全部稳定滞留在石英砂柱中,仅有0.17mg胶体被解吸下来,且主要楔在石英砂颗粒间。水流停滞期间,受重力作用吸附在次级势阱的胶体跨过能垒吸附在初级势阱中,胶体解吸量降低,介质的吸附能力增加。此外,对于粒径更均匀的石英砂,自上而下与自下而上两种水流流通方式对胶体运移影响均不大。然而受重力影响,自下而上的流通方式使更多胶体吸附在次级势阱中。最后,水流流速小于等于30.2m?d-1,通入背景液时流速对胶体解吸的影响不如通入去离子水时显著。增加流速可增大水动力剪切力,使吸附在较浅的初级势阱当中的胶体跨过能垒又吸附在次级势阱中,故仅有少量胶体被解吸下来;随即通去离子水后,次级势阱减小或者消除使得这部分胶体被大量释放出来。水流停止期间,当胶体受到的重力与粘附力同时指向石英砂重心时,该位点的胶体吸附能力随水流停滞时间增长而增加。先增加流速再通去离子水对吸附胶体进行解吸的效果更好。
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