【摘要】：各類污染物(包括可溶性污染物和懸浮顆粒)遷移過程的研究已成為環(huán)境巖土工程研究的熱點(diǎn)課題之一,這些研究在海洋隧道工程、污染物治理、化學(xué)工業(yè)、石油開采、核廢料處置、注漿工程和土壤修復(fù)等領(lǐng)域有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。本論文以氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的包含強(qiáng)堿性極細(xì)顆粒固體廢物的廢棄濾液的滲流遷移為研究背景,研究赤泥濾液的穿透特性和對巖土介質(zhì)的污染和腐蝕性。為此,論文首先對國內(nèi)外赤泥濾液的化學(xué)成分進(jìn)行分析,然后就一種典型赤泥的穿透特性進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),分析其穿透規(guī)律和影響因素。在此基礎(chǔ)上,對該類問題的穿透遷移過程進(jìn)行理論分析和解析求解。論文主要的研究內(nèi)容包括： (1)選用兩種典型赤泥濾液樣品,一種呈灰色,取自信發(fā)山西交口赤泥儲(chǔ)庫；一種為紅褐色,取自信發(fā)山東赤泥儲(chǔ)庫。分析兩種赤泥溶液的陽離子、堿性離子(如OH-根離子等)和酸性離子(如SO42-、NO3-等)的濃度,為赤泥穿透過程和抗腐蝕性研究提供依據(jù)。 (2)對赤泥濾液在3種不同濃度和3種不同的滲流速度下進(jìn)行室內(nèi)石英砂土柱的穿透試驗(yàn),研究物理因素對飽和多孔介質(zhì)中具有強(qiáng)堿性赤泥濾液中懸浮顆粒和OH-1離子等的遷移特性的影響,并與中性濾液中顆粒的滲流穿透過程進(jìn)行了比較,研究化學(xué)因素對飽和多孔介質(zhì)中赤泥濾液中懸浮顆粒遷移特性的影響。比較了含OH-1離子和不包括OH-1離子兩種情形下,濃度與濁度的率定關(guān)系曲線特征和差異,以探討OH-1離子對赤泥顆粒穿透過程的影響。 (3)對顆粒粒徑為10μm和47μm兩種粒徑大小的天然硅粉組成的混合懸浮顆粒(質(zhì)量各占50%),進(jìn)行了3種濃度和3種滲流速度下的石英砂土柱穿透試驗(yàn)(不包括OH-1離子)。同時(shí),比較了含OH-1離子和不包括OH-1離子兩種情形下,天然硅粉懸浮顆粒濃度與濁度的率定關(guān)系曲線,以探討OH-1離子對混合型硅粉率定曲線的影響,進(jìn)而研究OH-1離子存在對天然硅粉顆粒遷移過程的影響。同時(shí),進(jìn)一步探討OH-1離子對赤泥顆粒遷移過程影響的物理本質(zhì)。 (4)考慮了飽和多孔介質(zhì)中懸浮顆粒沉積動(dòng)力過程中的彌散效應(yīng),建立一個(gè)含有源項(xiàng)的懸浮顆粒一維滲透遷移模型,并通過Laplace變換及其逆變換求得面源問題的基本解。然后,利用源函數(shù)法推演一維多孔介質(zhì)局部區(qū)域內(nèi)具有懸浮顆粒釋放源情形下的解答�？紤]了釋放源按指數(shù)形式衰減、釋放源濃度按循環(huán)規(guī)律變化、污染物短期釋放效應(yīng)等情況下污染物遷移過程及其變化規(guī)律。 (5)建立了考慮釋放效應(yīng)的一維滲透及三維彌散效應(yīng)的滲透遷移模型,通過Laplace變換和Fourier變換及其逆變換求得相應(yīng)控制方程的通解。然后利用“源函數(shù)法”的基本思想,通過積分方法得到半無限體表面局部區(qū)域上注入可溶性污染物時(shí)遷移過程的求解方法,并通過一個(gè)算例來加以驗(yàn)證。分析了圓形域上定濃度污染源遷移過程、污染物濃度按指數(shù)衰減規(guī)律遷移過程,以及污染源濃度呈循環(huán)變化過程變化等的演化過程。
【圖文】：

固相）變成三相的介質(zhì)，，即增加了膠體等細(xì)小顆粒組成的移動(dòng)的固相。污染物在多孔介質(zhì)中存在的形式有三種（見圖1.1)【68，89]，即吸附于靜止不動(dòng)介質(zhì)表面的污染物；溶解于水中隨水流移動(dòng)的污染物；吸附于細(xì)小顆粒表面并隨顆粒遷移的污染物。由于細(xì)小顆粒的大小排除效應(yīng)，使得細(xì)小顆粒攜帶的污染物的遷移范圍加大，遷移速度更快[71~77]。Utsunomiya等【69】對內(nèi)華達(dá)核試驗(yàn)場中鋼化物的分析表明，膠體能顯著地增大錒化物的遷移范圍。Puis等t62】研究表明砷酸鹽被膠體吸附的遷移速度比在溶液中的遷移速度要快21倍。K:arathanasis*[88】研究表明，顆粒細(xì)小的膠體能很大地促進(jìn)Cu元素和Zn元素的遷移76],而Zn比Cu的遷移速度要大。Missana等[87]通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了花崗巖裂隙中蒙脫石膠體對放射性元素Eu和Pu的影響，認(rèn)為Eu元素和Pu元素的運(yùn)動(dòng)主要是由膠體驅(qū)動(dòng)引起的。實(shí)際上

由于多孔介質(zhì)中存在孔隙以及固體骨架，使得孔隙中液相的方向和微觀速度大小不均，此即所謂機(jī)械彌散（圖2.1)。機(jī)械彌散的成因一般可以分成三類。其一，當(dāng)孔隙比較小時(shí)，水流流動(dòng)的阻力大，則流體的流速就比較小，而孔隙比較大時(shí)流動(dòng)的阻力小，則流體的流速就比較大：其二，由于受孔隙長短和形狀的影響，不同孔隙中流體的流動(dòng)速度也是各不相同；其三，由于流體和固體骨架之間的相互摩擦，造成孔隙中心的流速要大于兩側(cè)的流速。機(jī)械彌散作用產(chǎn)生的遷移通量同樣可以用Fick第一定律描述，即(2.5)式中：—彌散通量，單位時(shí)間垂直通過單位面積的污染物的質(zhì)量—機(jī)械彌散系數(shù)丨L2rii。20
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X758;X142

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2685250