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随着我国工业化和城市化的快速发展,经济水平持续增长,但也遭遇到了环境污染的问题,严重制约了城市化的可持续发展。化工厂、金属冶炼厂和印染厂等关停或搬迁后遗留下大片工业污染场地,致使土壤和地下水均遭受污染,给公众健康和周边环境造成严重威胁。防污屏障被广泛地应用于填埋场建设以及污染场地治理中,防止污染物扩散。因此研究防污屏障对污染物吸附性能的影响显得至关重要。本文以石屑-膨润土混合土为研究对象,通过吸附试验和Zeta电位试验,并结合Comsol Multiphysics数值模拟研究了污染物对石屑-膨润土混合土吸附性能的影响及污染物在混合土中的迁移规律。主要内容如下:(1)用浓度分别为3 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L、30 mmol/L、50 mmol/L、80 mmol/L、100 mmol/L的Ca Cl2、Cu Cl2、Mg Cl2、Zn Cl2、Pb Cl2溶液对膨润土石屑混合土在温度为25℃、40℃和55℃进行等温吸附试验,研究初始浓度及温度对混合土吸附性能的影响。试验结果表明,25℃、40℃和55℃下,污染物吸附去除率均随污染物初始浓度的增大而逐渐减小;污染物初始浓度一定时,随着温度的升高,混合土吸附污染物Ca、Cu、Zn、Pb的吸附去除率增加,而Mg的吸附去除率却逐渐下降;浓度相同且温度为25℃时,混合土吸附污染物的影响程度表现为:Cu>Pb>Zn>Mg>Ca。(2)用10 mmol/L、30 mmol/L的Ca Cl2、Cu Cl2和Zn Cl2溶液对混合土分别在0.25 h、0.5 h、1 h、2 h、6 h和24 h进行试验,研究吸附时间及污染物初始浓度对混合土吸附性能的影响。试验得到混合土对浓度为10 mmol/L和30 mmol/L的Ca、Cu、Zn的吸附去除率均随时间的增加而变大,并最后趋于平衡;吸附时间一定时,吸附去除率却随浓度的增加而减小。拟合发现混合土对污染物的动态吸附均最符合准二级动态吸附模型,R2均达0.999,由准一级动态吸附模型拟合得到的吸附常数说明污染物Ca、Cu和Zn初始浓度越高,混合土吸附速率越低。由颗粒内扩散模型得到混合土对Ca、Cu和Zn的吸附模式由颗粒内扩散和膜扩散共同所控制。(3)通过模型拟合发现混合土吸附Mg、Pb吸附较符合Henry模型,Langmuir模型与混合土吸附Ca契合度较高,Freundlich模型与Cu、Zn的吸附相关性较好。由D-R模型计算得到Cu、Zn、Pb的吸附主要是离子交换,Mg的吸附主要是物理吸附过程,25℃、40℃时混合土吸附Ca主要是物理吸附,而55℃时,属于离子交换。(4)将不同温度下的吸附试验进行热力学分析,发现混合土吸附Ca、Cu、Zn、Pb的(35)H0和(35)S0均为正值,表示该吸附反应是个吸热过程,且不可逆的,解吸不易发生,温度升高利于混合土对Ca、Cu、Zn、Pb的吸附,混合土吸附Cu、Zn、Pb的(35)G0均为负值,且随着温度升高而减小,表明该吸附反应是自发的过程且自发性随温度升高而增加,而Mg却呈现相反趋势;Ca浓度较低时,(35)G0为负值,而浓度变高时,(35)G0为正值且随温度的升高逐渐减小为负值,进一步阐明温度升高也对混合土吸附Ca有利。(5)通过Zeta电位,从双电层厚度方面揭示浓度和温度对混合土吸附污染物性能的影响。Zeta电位绝对值随污染物初始浓度的增大而逐渐减小,浓度越大,土体颗粒表面的阳离子数量越多,双电层厚度就越小,土颗粒表面的负电势就减弱。浓度不变,混合土与Ca、Cu、Zn、Pb悬浮体系的Zeta电位值,随着温度的升高而增大,是反应温度的升高,增加了土颗粒表面的活性吸附电位,且使混合土表面的双电层厚度减小,导致土粒表面的负电势减弱,Zeta电位上表示为其电位绝对值会越低,这是由于吸附了较多的金属阳离子所导致的。(6)数值模拟结果表明,污染物浓度、防污屏障厚度、温度对污染物迁移和击穿时间的影响较大。初始浓度和温度越高,防污屏障厚度越薄,防污屏障中同一深度处的浓度变大,而击穿防污屏障的时间缩短。