淋滤作用下碱性煤矸石重金属污染物迁移规律研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sxytsxyt
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我国的煤矸石产量和堆积量巨大,长期堆积的煤矸石在自然作用下,会引起众多环境问题。不同区域的煤矸石矿物成份不一样,在淋滤作用下,其污染物迁移有各自特点。高硫煤矸石(酸性)中污染物释放迅速,众多学者针对其特点进行了大量研究,由于碱性煤矸石对大多金属污染物释放有阻滞效应,对其关注较少。但在长期的降雨作用下,碱性物质不断消耗,最终会对环境造成污染,对此,本文针对碱性煤矸石重金属与碱度迁移规律进行了系统研究,主要结论如下:(1)通过静态浸泡实验对影响碱性煤矸石污染物释放的因素(浸泡时间、煤矸石粒径、溶液p H值、固液比和外界温度)进行了研究,结果发现溶液p H值对碱性煤矸石重金属释放影响巨大,溶液初始p H值为1时,Fe、Mn、Cu和Zn元素释放量为5.752mg/g、0.299mg/g、0.025mg/g和0.049mg/g,但溶液初始p H值为2时,Fe元素释放量减少2000倍,其余金属元素释放量减少了10倍左右,溶液初始p H从3增加到7过程中,各金属元素释放量极少;Fe、Mn、Cu和Zn四种元素分别在浸泡时间22h、14h、9h和15h后稳定在5.710mg/g、0.312mg/g、0.022mg/g和0.049mg/g;当煤矸石粒径在大于2.5mm时,Fe元素释放量下降了42.4%,其余金属元素浸出量也较少;外界温度越高,各金属元素释放量越多,Fe元素受外界温度影响较大,外界温度为20℃时,Fe元素的释放量为2.561mg/g,在外界温度超过60℃时,稳定在6.969mg/g左右;液固比为1:40;Fe、Mn元素释放量为0.350mg/g和0.273mg/g,之后两者的释放量缓慢增长,Cu、Zn元素受固液影响较小。(2)通过动态淋滤实验对碱性煤矸石重金属迁移规律进行研究,结果发现在淋滤前期,淋出液中各金属元素浓度较高,Fe、Mn和Zn元素在前2400m L淋滤过程中,浓度逐渐达到最大值4.38mg/L、0.195mg/L和0.245mg/L,Cu元素最初释放量即为最大值0.312mg/L。Fe、Mn、Cu和Zn四种元素的最终累积释放量为6.79mg/kg、0.42mg/kg、1.12mg/kg和0.41mg/kg;根据金属元素累计释放量拟合动力学方程,四种元素对多项式方程(q(28)at~2(10)bt(10)c)相关性均最高;各金属元素在煤矸石堆体中的迁移总体呈现出释放-迁移-富集-阻隔的规律,各金属元素含量分布呈现“山”字型变化。(3)根据多孔介质污染物迁移理论建立煤矸石中重金属迁移的数学模型,通过COMSOL软件进行建模,并验证模型可行性,这次基础上对淋滤周期、淋滤速度和孔隙率进行研究,结果发现Fe、Mn元素分别于23年、18年之后,煤矸石堆体内浓度变化趋于稳定;淋滤速度在0.003m/s和0.006m/s时,释放速率呈现递减趋势,淋滤速度在0.009m/s和0.012m/s时,释放速率在15h明显增快,在25h后释放速率区域平稳;煤矸石孔隙率越大,金属元素聚集带迁移速度明显增快,孔隙率超过0.35时,迁移速度逐渐放缓;为了防止碱性煤矸石造成环境污染,建议在在煤矸石山顶部覆土,并对煤矸石山进行压实。该论文有图40幅,表9个,参考文献70篇。
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