无机盐溶液作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料化学相容性试验研究

土-膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性,即渗透系数及其变化程度,是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅-锌复合、六价铬作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩,铅-锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅-锌复合作用下,金属浓度增至500mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍,且无法满足防渗要求。相反,由于铬以阴离子络合形式存在,其对试样渗透系数影响相对小;与未污染状态测定结果相比,渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上,考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响,建立无机盐溶液作用前后砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。     

CaCl2溶液对不同黏土基防渗墙渗透性的影响

在垃圾填埋场和场地污染防治工程中,黏土基防渗墙作为原位屏障,已广泛应用于隔离污染物与控制污染地下水的迁移。由黏土与地层混合形成的防渗墙与CaCl2溶液相互作用后,其渗透性会发生怎样的变化。针对这一问题,使用福建标准砂模拟砂性地层,以4种黏土作为混合材料,通过混合、浇筑和固结以后,对其渗透系数和水分特征曲线进行了实测。结果表明,在10%黏土添加量下,当4种砂-黏土混合土经0.2 mol/L CaCl2溶液渗透稳定后,其渗透系数相比渗透液为自来水时都有不同程度的增大,但渗透系数增大的倍数没有超过10。此外,CaCl2溶液在4种砂-黏土混合土中渗透稳定后试样的孔隙率没有发生较大变化,只是小幅地减小了。试验结果分析认为,钙离子与黏土矿物颗粒表面的单价阳离子发生了置换反应,使扩散双电层厚度减小,结合水含量降低,因而有效孔隙率增加,可能是宏观上造成渗透系数变大的主要原因。     

无机盐溶液作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料化学相容性试验研究

土-膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性,即渗透系数及其变化程度,是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅-锌复合、六价铬作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩,铅-锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅-锌复合作用下,金属浓度增至500 mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍,且无法满足防渗要求。相反,由于铬以阴离子络合形式存在,其对试样渗透系数影响相对小;与未污染状态测定结果相比,渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上,考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响,建立无机盐溶液作用前后砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。     

酸污染原状黄土渗透微观特征演变规律试验研究

研究污染黄土的渗透特性能够为污染场地的治理提供经济高效的方案措施。以蒸馏水作为渗液,采用GDS三轴渗透仪通过室内试验研究了盐酸、硝酸和硫酸侵蚀黄土的渗透特性变化规律,并从微观结构的变化进行机理分析。试验结果表明：相同固结应力条件下,不同类型污染土的渗透系数均随酸液浓度的增大而降低;随着酸液浓度增大,污染土骨架连接方式由点-点接触向点-面接触、面-面接触转变,土体内部大孔隙消散、小孔隙增多使得有效渗流孔隙减少,导致污染土渗透系数降低;相同试验条件下不同类型污染土渗透性能变化规律为：硫酸硝酸盐酸水,即酸液增强了黄土防渗及防污性能。研究结果以期为黄土地区的工程活动和防污治理提供有效参考。     

酸污染原状黄土渗透微观特征演变规律试验研究

研究污染黄土的渗透特性能够为污染场地的治理提供经济高效的方案措施。以蒸馏水作为渗液，采用GDS三轴渗透仪通过室内试验研究了盐酸、硝酸和硫酸侵蚀黄土的渗透特性变化规律，并从微观结构的变化进行机制分析。试验结果表明：相同固结应力条件下，不同类型污染土的渗透系数均随酸液浓度的增大而降低；随着酸液浓度增大，污染土骨架连接方式由点?点接触向点?面接触、面?面接触转变，土体内部大孔隙消散、小孔隙增多使得有效渗流孔隙减少，导致污染土渗透系数降低；相同试验条件下不同类型污染土渗透性能变化规律为：硫酸<硝酸<盐酸<水，即酸液增强了黄土防渗及防污性能。研究结果以期为黄土地区的工程活动和防污治理提供有效参考。     

冻融循环作用下宽级配砾质土的渗透特性

针对西北地区特殊的气候条件和砾质土料源丰富的实际情况,提出采用宽级配砾质土代替黏土作为土工合成材料膨润土垫(GCls)的保护层共同构成垃圾填埋场复合防渗系统的构想。文中选取宁夏银川地区冲-洪积作用形成的天然砾质土料,经人工掺和制配成满足规范对GCls防渗垫保护层渗透系数要求的宽级配砾质土样,在实验室对该土样进行了冻融循环作用下的渗透性能试验研究。结果显示,随着冻融次数的逐渐增加,土样的冻胀率逐渐变大,渗透系数也相应增大,经过12次冻融循环后,渗透系数约增大1～2个数量级;冻融循环初期,冻融作用对土样的影响最为剧烈,随着冻融循环次数的增加以及时间的延续,土样性状逐渐趋于稳定。由于宽级配砾质土对冻融循环作用的敏感性小于粉质黏性土,故采用宽级配砾质土作为Cls/GM的保护层共同组成填埋场复合防渗系统是值得期待的。     

确定渗析平衡时间的数值模拟方法

渗析法是一种测量非饱和土基质吸力的重要方法,而测量结果是否准确,控制渗析的时间非常重要。基于有限元数值分析软件SEEP/W,建立渗析法的数值模型,分析渗析的试验过程,研究溶液吸力、土样水力参数、初始重力含水率、初始干密度以及土样大小等因素对吸湿条件下非饱和黏土渗析平衡时间的影响。结果表明,随着渗析时间的增加,土样与溶液之间的吸力差逐渐变小,渗析过程变慢;试验用土样不宜过大,对于较小土样,多数条件下土样的渗析平衡时间约为1.5~8.0 d;当溶液吸力较大或土体饱和渗透系数较小时,渗析平衡时间大大增加;渗析平衡时间随土-水特征参数a、n、饱和渗透系数、初始含水率及干密度的增大而减小,随饱和体积含水率的增加而增加。     

不同饱和黏性土渗透系数预测方法的应用与对比:以苏北沿海平原黏土为例

渗透系数(K)是水文地质、岩土工程领域的重要参数,而低渗透介质的结构较为复杂,在实际应用中,场地的尺度、介质的扰动程度等均会对K的确定产生影响.利用δ18O化学示踪法、室内试验及经验公式法估算饱和黏性土的垂向渗透系数,并对比分析不同预测方法的适用性.以苏北沿海平原第四纪厚层黏土为例,δ18O化学示踪法预测厚层黏性土的渗透系数低于10-11 m/s,室内法测得渗透系数为2.61×10-8~9×10-12 m/s,经验法预测值较大,是室内法的几倍到几十倍.δ18O化学示踪法是表征天然条件下长时间的实验结果,除了反映数十米厚层黏性土的等效渗透性能,还可预测黏土孔隙水的渗流时间;结合测定黏土样品液塑限等室内实验参数,室内实验和经验公式法可以提供系列剖面黏土的渗透系数,更清晰地说明厚层黏土剖面不同渗透系数预测方法的差异性.      

吸附离子对粉质粘土及改良土特性的影响

利用疏浚土有机质含量高、吸附能力强和低渗透性等特点,探讨将其作为填埋场黏土衬垫改性材料的可能性。针对粘土垫层所关心渗透性及强度两个基本问题,比较了粉质黏土、改良土（粉质黏土添加疏浚土）吸附离子前后的变化。吸附K+、Cu2+后粉质黏土、改良土的渗透系数随着土中离子含量的增加而增大,但对改良土渗透系数的影响要小于粉质黏土;吸附离子后,粉质黏土摩擦角增幅不大,黏聚力有较大增长,而改良土的黏聚力增长较少,摩擦角增长较快。总体而言,添加一定量的疏浚土能改善吸附离子对黏土垫层的影响。采用SEM电镜试验拍摄了离子吸附前后土体微观结构的变化,并从扩散双电层理论出发,解释了吸附离子对粉质黏土及改良土的影响。     

添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料压缩和渗透特性的影响

土-膨润土系竖向隔离墙广泛应用于工业污染场地和地下水修复工程。通过坍落度和一维压缩固结试验研究添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料的工作性,以及压缩和渗透特性。黏性土选用高岭土,沸石-高岭土-膨润土试样中沸石掺量为2%～40%。试验结果与以往沸石-砂-膨润土竖向隔离墙材料以及击实沸石-膨润土混合土研究结果进行对比,明确沸石掺量和粒径对压缩和渗透特性的作用规律。试验结果显示,满足隔离墙材料施工要求的含水率范围随沸石掺量增加而增大,并处于液限的0.96～1.18倍。添加细颗粒沸石对试样的压缩指数和渗透系数影响较小,渗透系数小于10-9 m/s。相反,添加粗颗粒沸石将导致微孔隙尺寸增大,并形成水能够通过的沸石网架结构,将显著增大渗透系数。试样渗透系数能够通过考虑孔隙比和液限的经验公式进行良好的预测。     

Adsorption of Ammonium and Heavy Metal Ions on Industrial Vermiculite from the Yuli Mine in Xinjiang, China

The present work discusses the mineralogy, saturated adsorption of ammonium and adsorption of heavy metal ions （Cu^2＋, Pb^2＋ and Zn^2＋） on industrial vermiculite samples from the Yuli Mine in Xinjiang Autonomous Region. The saturated adsorption capacity of ammonium and the affection factors of adsorption of Cu^2＋, Pb^2＋ and Zn^2＋ are discussed on the basis of the mineralogical characteristics of the industrial vermiculite samples. The saturated adsorption capacities of ammonium are between 56.02 and 98.42 mmol/100g. The time of adsorption equilibrium is about 30-60 min, and the pH values and concentration of the ion solution significantly affect the adsorption capacities of the heavy metal ions. The adsorption capabilities of the heavy metal ions on industrial vermiculite are almost the same in the low ion concentration solutions, characterized by a sequence of Zn^2＋〉Pb^2＋〉Cu^2＋ for adsorption capacity in solutions with relatively high ion concentration. The results have practical significance for the application of the industrial vermiculite to treating wastewater containing ammonium or heavy metal ions.     

Evaluation of heavy metal contamination in groundwater samples from Kapas Island,Terengganu, Malaysia

An attempt has been made to delineate the hydrochemistry for a small island based on the major ions and heavy metal concentrations. In this investigation, six sampling campaigns were conducted to measure the concentrations of major ions (Ca, Mg, Na, K, HCO₃, Cl, and SO₄) and heavy metals (Zn, Cr, Pb, Mn, As, and Cu) in groundwater samples collected from seven sampling stations (boreholes) located on Kapas Island, Terengganu, Malaysia. The distribution of major ions is illustrated by a piper plot where Ca–HCO₃ is the dominant type. In addition, the concentrations of heavy metals demonstrate that Mn shows as being the highest concentrated heavy metal in the groundwater sampled in the sampling campaigns; the average Mn content in groundwater sampled was 54.05 μg/L. However, a comparison of the heavy metal (Mn, Cr, Zn, As, Pb, and Cu) concentrations in groundwater samples with the Drinking Water Quality Standard prescribed by World Health Organization reveals that none of these heavy metals exceeded the recommended threshold limits. The principal component analyses (PCA) extracted four components that control the groundwater chemistry. Components 1 and 2 from the PCA analyses extracted approximately 52.11 % of the total variance, which represent the heavy metals (As and Mn) and physical parameters (pH, redox potential, electrical conductivity, temperature, and total dissolved solids). Based on the output of the PHREEQC hydrogeochemical software, several species of heavy metals exist, in which the dominant species found are Mn²⁺, PbCO₃, Cu(OH)₂, and Zn⁺.     

蒙脱石等粘土矿物对重金属离子吸附选择性的实验研究

矿物质与重金属离子间的相互作用已是当今环境科学、矿物学,土壤化学等学科领域研究的热点。通过蒙脱石,伊利石和高龄石在一定的介质条件下对Ｃｕ＾２＋、Ｐｂ＾２＋、Ｚｎ＾２＋、Ｃｄ＾２＋、Ｃｒ＾３＋五种重金属离子的竞争吸附实验研究,阐明了三种粘土矿物对五种重金属离子的吸附选择性。     

包头市典型工业区表层土壤中重金属污染状况及其潜在生态风险研究

为了解包头市典型工业企业对其所在地土壤中重金属含量的影响及污染现状,利用相关性系数对其表层土壤中7种重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Mn、Ni)来源进行研究,并采用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数对其污染状况进行评价。结果表明,7种重金属含量平均值均高于内蒙古土壤背景值,其中Cd、Mn、Ni超标率已达100%,而Cu、Pb、Zn的超标率分别为97%、93%和93%,只有Cr超标率较低(53%),污染程度依次为CdPbCuNiZnMnCr,其中Pb和Cd为重度污染,Cu、Zn、Ni为中度污染,Cr、Mn为轻度污染;Cu、Zn、Cr、Mn、Ni可能同时来自工业生产和交通运输两个源,而Pb和Cd除上述来源外,燃煤烟气的排放有较大贡献。潜在生态危害依次为CdPbCuNiCrZnMn,其中Cd的潜在生态风险最大,应予以高度重视,其他金属的风险均为轻微。     

固体聚合膜电解浓集法测量天然水中低含量氚的化学淬灭效应研究

固体聚合膜电解浓集法是浓缩氚含量较低(1 Bq/m~3)的天然水样的常用方法,但因水样自身含有杂质离子或电解装置聚合膜带入杂质进入浓集液,使浓集液偏酸性,在测量过程中易产生化学淬灭效应,导致氚的测量值偏低。本文研究了水样自身存在的杂质离子和聚合膜上残留的杂质离子、样品溶液的pH值及其电导率所产生的化学淬灭效应的影响,实验表明,为减少化学淬灭效应,提高测量低含量氚的准确性,需保证水样溶液呈中性,电导率≤1μS/cm,同时避免杂质沉积在聚合膜上。如果水样溶液的pH值偏酸性、电导率大于1μS/cm,可采用酸碱混合型离子交换树脂去除水样中自身的杂质;对于聚合膜引入的杂质,可在电解后的水样中加入微量氨水将其pH值调节至中性。     

On the metal content and metal ion uptake of botanically specific peats and the derived humic acids

With respect to ten metals (Al, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga) which are continguous in the Periodic Table the natural metal content and the ability to take up metal ions has been determined for three peats of defined botanical origin, each peat being sampled at three different levels. A correlation is found between the natural metal content and botanical origin. Apart from aluminium, the concentration of individual metals increased in the series Sphagnum < fen sedge < reed, the increase being statistically significant (P = 0.001) for V, Mn, Co, Ni, and Ga and for the sum of the metal ions measured.No clear correlation emerged between botanical origin and metal uptake. The metal uptake by the humic acid derived from each peat sample was also determined, and correlated with the metal uptake of the source peat itself.In all the humic acid and peat metal-uptake experiments the selectivities were very similar. V, Cr, Cu, Ga were readily taken up while Mn, Co and Zn were consistently less preferred.     

Evaluation of aquifer environment under Hazaribagh leather processing zone of Dhaka city

Hazaribagh is a densely populated area of Dhaka city where about 185 leather processing industries have been operating and discharging solid and liquid wastes directly to the low-lying areas, river and natural canals without proper treatment. The area is covered by alluvial deposits of Holocene age and is underlain by Pleistocene Madhupur clay. The Dupi Tila Formation of Mio-Pliocene age underlain by this yellowish gray to brick red clay bed serves as the main water-bearing aquifer of Dhaka city. To assess the environmental degradation as well as the groundwater environment, major anions, cations and heavy metals of water samples, heavy metals and organic carbon content of sediment samples were analyzed in this study. Analyses of tannery effluent detect high concentration of Na⁺, Mg²⁺, Cl⁻ and SO ₄ ²⁻ followed by Ca²⁺, NH ₄ ⁺ and K⁺ with remarkable contents of some trace elements, mainly Cr, Fe, Mn, S, Ni and Pb. Higher accumulations of Cr, Al and Fe are observed in topsoil samples with significant amounts of Mn, Zn, Ni and Cu. Concentrations of ions and all the investigated trace elements of sampled groundwater were within the maximum allowable limit for drinking water of the Department of Environment, Bangladesh (DoE), and World Health Organization (WHO). However, excessive concentrations of Cr, Pb, etc., have already been reported in the shallow groundwater (10–20 m) of the area. Due to excessive withdrawal the vulnerability of groundwater contamination in deeper parts cannot be avoided for the future.     

太湖大浦湖区近百年来湖泊记录的环境信息

通过对太湖TJ-2钻孔的137Cs、粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及化学元素等多指标综合分析,探讨了太湖大浦湖区近百年来的环境演变特征。研究结果表明,20世纪50年代以前,沉积物中大部分金属元素如Al、Mn、Cu、Cr、Ni、Zn与粘土含量具很好的相关性,相关系数在0.74～0.82之间。此阶段湖泊生产力不高,水环境较好,沉积物以较低的营养元素含量为特征。50—90年代,是太湖向现代湖泊环境转化的显著时期,湖区生产力大幅提高,人为活动对湖泊系统严重干扰,湖区迅速达到富营养化。在沉积物中表现为Fe/Mn值下降,有机碳、总氮、总磷与重金属元素急剧上升,且重金属元素变化明显不同于沉积物粒度及Al元素变化曲线。90年代以后,湖区一直持续着富营养化状态,富营养趋势渐缓,沉积物中粘土含量上升、营养元素稍降及重金属指标变化不明显的趋势很好地体现了这一特征。TJ-2钻孔显示的环境信息与湖泊实际环境监测结果基本一致。     

国内矿物治理重金属废水研究进展与展望

综述了我国利用天然矿物治理重金属废水方面的研究新成果。天然铁的硫化物、天然铁锰的氧化物、方解石与磷灰石等具有良好的表面吸附与氧化还原化学活性;不同介质中它们能不同程度地表现出对Cr^6 、Pb^2 、Hg^2 、Cd^2 等重金属离子的吸附作用,可广泛用于重金属废水处理。矿物吸附重金属离子机理的研究表明,矿物对重金属的吸附是矿物表面与无机重金属离子之间的表面作用过程,包括矿物表面功能基与重金属离子的配位反应、矿物表面氧化还原反应和沉淀转化作用,以及矿物表面离子交换吸附作用等。     

淋滤条件下Zn2+污染对红黏土强度损伤特征试验研究

长久以来有色金属矿山的开采对矿山周围土体造成了严重的重金属污染问题。使用自制的重金属淋滤污染装置,制备室内重金属Zn2+污染土,进行固结不排水三轴剪切试验,研究淋滤条件下重金属Zn2+对桂林红黏土强度及其强度损伤规律的影响。试验结果表明:重金属Zn2+对桂林红黏土的强度损伤行为是明显的,抗剪强度平均下降了30.61% ~56.6%不等,应力-硬化关系均呈现应变硬化型,损伤变量D在0.478~0.566之间。淋滤条件下重金属Zn2+对桂林红黏土强度的损伤主要是由于Zn2+对红黏土胶结结构以及土颗粒的双电层结构产生了不可逆的侵蚀破坏,降低土体内部的联结强度,随着浓度的增大,其强度呈现出下降的趋势,其损伤变量亦有所增长,但相差较小。这是因为在长时间的淋滤过程中,红黏土对Zn2+具有一定的吸附作用,导致尽管是在低浓度的污染溶液淋滤作用下,土体的累积损伤和高浓度的效果相近似。