论文部分内容阅读
在中国工业化和城镇化进程中,土壤重金属污染问题越来越严重。电动修复技术是解决土壤重金属污染问题的有效途径之一。土壤电动修复的效果主要取决于重金属在修复过程中的迁移。本文通过建模研究土壤电动修复过程中重金属的迁移和分布规律,以及影响其迁移行为的各种因素。本文首先分析了在土壤修复过程中污染物迁移的主要机理,以及影响污染物迁移的因素,通过影响污染物迁移的四个主要过程:电迁移、电渗流、对流、弥散,建立了重金属在电动修复过程的迁移模型,并且考虑电解作用及可渗透反应墙(PRB)的影响。通过查阅文献资料,获取模型所需的参数。最后通过COMSOL Multiphysics软件,结合迁移模型和选取的各项参数,对电动修复过程中重金属的迁移进行了模拟计算。模拟计算的重金属迁移分布结果与相近实验条件的实验结果比较吻合,修复区域浓度分布趋势一致,初步验证了该模型用于重金属污染土壤电动修复的适用性。利用该模型对电动修复系统的pH、污染物浓度分布及通量的变化、电压及孔隙率对浓度分布的影响、EK-PRB联合修复等进行了模拟研究,结果表明:(1)系统的pH值发生了变化,靠近阳极部分pH下降到3,而靠近阴极部分pH值则上升到了10,土壤中阴极侧的大部分区域呈酸性;(2)从阳极到阴极,污染物电迁移通量、电渗流通量及对流通量均逐渐增加,而弥散通量在阴极急剧增大,且与前三项方向相反。导致在靠近阴极处污染物总统量并没有增大,反而急剧减小。(3)随着系统电压的增大,重金属迁移速率增大,向阴极的富集程度也越高;(4)而随着孔隙率的增加,重金属在阴极的富集程度却降低了,得到这一结果的主要原因是对于给定的总浓度,孔隙率越大导致单位孔隙体积的污染物浓度越小;(5)最后模拟了EK-PRB联合修复的情形,使用活性炭作为PRB填料,修复系统中PRB所在位置污染物浓度达至2200mg/kg,而无PRB系统在相同位置的浓度只有1480mg/kg,活性炭对污染物的吸附作用明显,从模型方面证实了EK-PRB联合修复的可行性。该模型可用于优化室内土壤修复实验方案及土壤电动修复工程设计方案和参数,进一步研究土壤电动修复过程中各种因素的协同影响。