【摘要】：露天堆放的煤矸石在雨水淋濾作用下,污染物質(zhì)大量釋放,造成堆放區(qū)下部土壤包氣帶滲透系數(shù)發(fā)生變化,從而有利于部分有毒有害成分進(jìn)入土壤,危害堆放區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境。目前,我國對于土壤-矸石系統(tǒng)的研究大多是采用淋濾與滲透實(shí)驗(yàn)來探究滲透性的變化機(jī)理,但涉及土壤包氣帶礦物溶解沉淀及微生物生長繁殖對土壤滲透性的影響研究相對較少。本文依托國家自然科學(xué)基金(41372258),利用陜西韓城燎原礦區(qū)煤矸石為研究對象,運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬,分析土壤孔隙及滲透系數(shù)的變化規(guī)律,闡明水化學(xué)反應(yīng)和微生物對土壤滲透系數(shù)變化的影響,揭示了淋濾作用下矸石-土壤系統(tǒng)中滲透系數(shù)的變化機(jī)理,研究結(jié)果如下:1、不同土壤介質(zhì)在淋濾作用下滲透系數(shù)變化存在明顯差異。砂土介質(zhì)在整個(gè)淋濾周期內(nèi)滲透系數(shù)平均值為6.14×10~(-3)cm/s,隨淋濾天數(shù)的增加,滲透性進(jìn)一步增強(qiáng),最大達(dá)8×10~(-3)cm/s;粉土介質(zhì)滲透系數(shù)均值是經(jīng)驗(yàn)值的1.22倍,較大變化主要集中在淋濾后期;粘土由于自身粘粒含量多、比表面積大等特性,故滲透系數(shù)最小,均值為4.66×10~(-5)cm/s。2、在淋濾過程中除了孔隙和滲透性有明顯變化外,陰陽離子釋放以及浸出液礦化度也存在明顯差異。通常來說,土壤粒徑越大,孔隙越大,常量組分釋放越快,但由于土壤自身?xiàng)l件以及微生物生長繁殖的環(huán)境存在差異,導(dǎo)致土壤在不同淋濾時(shí)間內(nèi)孔隙堵塞程度不同,常量組分釋放也不盡相同。其中砂土礦化度初期釋放量為155mg/l,隨淋濾時(shí)間的增加,礦化度逐漸增大;粉土礦化度在252-2750mg/l之間變化;粘土礦化度呈現(xiàn)初期釋放量高,中期降低后期增大的變化趨勢,平均釋放量為251.84mg/l。結(jié)合整個(gè)煤矸石-土壤系統(tǒng)常量組分釋放大體呈粉土粘土砂土的變化趨勢。3、PHREEQC模擬結(jié)果顯示,礦物溶解沉淀變化與土壤滲透系數(shù)變化存在密切關(guān)系。淋濾作用下矸石中釋放的物質(zhì)在土壤介質(zhì)的水化學(xué)作用下,堵塞或溶濾土壤孔隙,導(dǎo)致煤矸石-土壤滲透系數(shù)發(fā)生變化。其中砂土在水巖作用下礦物溶解沉淀量基本達(dá)到平衡,淋濾后期存在一定變化,總體沉淀量達(dá)2.21×10~(-3)mg/l;粉土淋濾前期礦物以沉淀為主,后期以溶解為主,不同時(shí)間段礦物溶解沉淀呈動(dòng)態(tài)變化,整體沉淀量達(dá)2.09×10~(-1)mg/l;粘土由于自身內(nèi)外表面存在較強(qiáng)的吸附能力,可以有效的吸附水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)堵塞土壤顆粒之間的孔隙,故礦物溶解沉淀量最大,為粉土的2.68倍。4、土壤滲透性變化不但會(huì)受到自身礦物溶解沉淀變化的影響,同時(shí)也會(huì)受到微生物生長繁殖的影響。結(jié)合微生物細(xì)菌含量變化情況來看,砂土介質(zhì)孔隙主要受到蠟狀芽孢桿菌的影響,繁殖數(shù)量達(dá)88×10~4,占細(xì)菌比例的52.34%;粉土介質(zhì)滲透性主要受到酵母菌的影響,最大繁殖數(shù)量達(dá)13×10~4,后期以葡萄球菌為主;粘土介質(zhì)的滲透性主要受到蠟狀芽孢桿菌和大腸埃希菌的影響。土壤滲透過程為微生物生長提供必要的營養(yǎng)物質(zhì),在良好的滲透條件下微生物大量繁殖,繁殖的微生物堵塞土壤顆粒之間的孔隙,降低了土壤滲透性能。5、通過對影響滲透系數(shù)的各種因素進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析,建立多元回歸方程發(fā)現(xiàn),砂土介質(zhì)滲透性主要受到孔隙率(比)、礦物溶解沉淀量的影響,微生物對其滲透性影響較小;粉土介質(zhì)的孔隙率與礦物溶解沉淀量對土壤滲透性影響基本在同一個(gè)數(shù)量級;而粘土介質(zhì)微生物生長對其滲透性造成一定影響,但主要以礦物沉淀變化為首要影響因素。
【圖文】：

孔隙率測定實(shí)驗(yàn)孔隙比三種土壤微生物分離純測定不同時(shí)間段土壤浸出液陰陽離子含測定不同時(shí)間間隔三種土壤孔隙率變化不同時(shí)間段土壤微生物的分離與純化分析浸出液八大離子變化趨勢分析不同時(shí)間段孔隙率變化趨勢分析土壤介質(zhì)微生物生長繁殖水文地球化學(xué)反向模擬 微生物種類和數(shù)量變

室內(nèi)試驗(yàn)測定滲透系數(shù)。其中室內(nèi)試驗(yàn)的方式由于取樣地區(qū)與實(shí)驗(yàn)定程度上存在實(shí)際值與測量值存在偏差的現(xiàn)象。因此，充分考慮數(shù)的因素，如土壤密實(shí)度、土壤級配、淋濾液溫度等，土壤中各種學(xué)反應(yīng)以及封閉在矸石中的氣體都會(huì)影響土壤包氣帶滲透系數(shù)的變 GB-50123-1999 規(guī)定，本試驗(yàn)選用改進(jìn) TST-70 作為實(shí)驗(yàn)裝置，具內(nèi)徑為 9.5cm，高 36cm，筒壁上中下端分別裝有測壓管，每個(gè)測據(jù)實(shí)測水柱高度進(jìn)行水頭計(jì)算。在淋濾柱中裝入截面為 A，長度為動(dòng)泵保持滴管中水流自上而下的流入，使得流入和流出水量大致排盡水頭差為△h 和滲出流量 Q 穩(wěn)定后，統(tǒng)計(jì)不同類別土樣的水量粉土、粘土中混入了煤矸石，且土樣粒徑相對較大，因此，室內(nèi)試進(jìn)行滲透系數(shù)測定，，根據(jù)達(dá)西定律推導(dǎo)出滲透系數(shù) K 的表達(dá)式。
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X53;X752

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2666941