铬渣堆场渗滤液对土壤—地下水系统污染规律研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 34次 | 上传用户:liqiang915
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铬渣是铬盐及铁合金等行业在生产过程中排放的有毒废渣,其有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子。长期堆放的铬渣淋滤液中含有Cr(VI),它是一种具有高迁移能力的重要污染物。铬渣如果不加处理而长期堆放,会致使铬渣中水溶性六价铬被雨、雪水浸后,随着雨、雪水和地表水渗入地下,对周边地表水、地下水以及土壤造成严重污染。论文针对目前铬渣堆场及其渗滤液生态环境污染严重这一热点问题,以辽宁省沈阳和锦州两处典型铬渣堆场为研究对象,采用室内实验、理论分析、数值模拟和现场应用相结合的研究方法,从深层次、多学科、多角度展开研究。主要研究成果如下:(1)通过沈阳、锦州铬渣静态浸溶实验和动态淋溶实验,测定不同固液比、浸取剂pH、浸出时间、搅拌强度、铬渣粒度大小、温度等因素对铬渣中污染物溶解释放影响,揭示不同地区铬渣中污染物析出、释放规律。研究结果表明,锦州铬渣在淋滤初期,Cr(VI)浓度含量非常高,下降速度快,随时间推进,下降速度趋于缓慢,体现淋滤过程中Cr(VI)容易淋出,铬渣堆放将会对土壤-地下水造成严重污染;和锦州同质量的沈阳铬渣,在淋滤过程中,Cr(VI)浓度下降较锦州铬渣缓慢,浓度也较锦州铬渣低,变化幅度较小,下降速度缓慢,主要原因是沈阳铬渣为长期堆存的风化铬渣,而锦州铬渣为新铬渣,可溶性Cr(VI)含量较高的缘故。(2)通过不同土壤(粉质砂土、粉质粘土)对铬渣渗滤液静态吸附实验,测定振荡时间、污染物浓度、pH值、温度等条件改变对粉质粘土和粉质砂土吸附Cr(VI)的影响,获得粉质粘土和粉质砂土吸附Cr(VI)非线性等温吸附模型,建立了吸附动力学方程。研究发现,粉质粘土和粉质砂土对Cr(VI)吸附可用Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程描述,以Langmuir方程为最佳;从吸附动力学看,粉质粘土和粉质砂土的三种动力学方程拟合程度顺序均为:Elovich型公式>双常数速率公式>抛物线扩散公式;粉质粘土相较粉质砂土动力学拟合程度更高且吸附性更好。(3)通过室内土柱一维动态模拟实验,研究揭示铬渣淋溶液Cr(Ⅵ)在不同土壤(粉质砂土和粉质粘土)—地下水系统中,在污染淋滤和清水淋滤过程中运移规律。实验结果显示,无论粉质砂土还是粉质粘土,淋滤渗出液中Cr(Ⅵ)浓度都是一定时间后才被检出,最初浓度较低,随后浓度值逐渐升高,出现最大值后趋于稳定,对流、弥散和吸附作用是Cr(Ⅵ)运移主要原因;随着清水淋溶进行,渗出液中Cr(Ⅵ)浓度都呈逐渐下降趋势,清水淋滤过程中主要发生溶解、解吸作用,不同土壤,Cr(Ⅵ)浓度趋零时间不同,粘土由于粘粒多、直径小、接触面积大,体现较为严重的拖尾现象。(4)模拟锦州真实土层,通过自制二维非均质含水层砂箱模型,揭示铬渣淋溶液Cr(Ⅵ)在土壤-地下水系统中的时空动态运移规律。结果表明,Cr(Ⅵ)浓度水平方向上,距离污染源较近砂箱上游,Cr(Ⅵ)浓度峰值出现时间较早,离污染源越远,Cr(Ⅵ)浓度峰值出现时间越晚;在垂直方向上随着时间推移,Cr(Ⅵ)浓度变化曲线也逐渐向前推移,污染范围不断扩大。上层粉质粘土,晶格结构结合紧密,吸附性强,渗透性小,同时作用水头也较小,因而对流作用缓慢,体现水平运移较慢,垂直方向上的势能克服土壤阻力,对流作用较快,迁移作用比较明显,中层为渗透性较好的粉质砂土,污染物横向迁移速度加快,地下水的对流起主要运移作用,下层为砾石层,污染物运移主要表现为对流作用,污染物迅速沿水流方向运移。Cr(Ⅵ)整体迁移性较好,这也造成了污染容易在短时间内扩散。(5)基于渗流场和浓度场理论,建立综合考虑对流弥散、吸附解吸及存在源汇项的土壤-地下水系统中铬渣渗滤液污染物运移的三维耦合动力学数学模型,并通过数值模拟对锦州、沈阳铬渣堆存场污染物运移和分布进行预测。模拟结果表明,锦州铬渣堆存场Cr(Ⅵ)运移较快,20年即造成附近数公里地下水污染,采取防渗措施(防渗挡墙)后,地下水污染得到一定控制,监测井污染物浓度开始下降;沈阳铬渣堆存场地层为粘土层,Cr(Ⅵ)运移缓慢,20年仅在厂区内部土壤和地下水受到污染,未造成附近区域地下水污染。
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