黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物运移的数值模拟

针对南昌市麦园垃圾卫生填埋场渗滤液防渗的实际情况,分析了重金属污染物在黏土固化注浆帷幕中的迁移转化特征,建立了地下水渗流模型和重金属污染物运移的耦合动力学模型。利用该模型对黏土固化注浆帷幕控制重金属污染物的迁移行为进行了模拟研究。数值模拟结果表明,在填埋场设计使用年限内黏土固化注浆帷幕对重金属污染物的阻滞率可以达到94.5 %以上,重金属污染物在防渗系统中的浓度范围沿地下水水流方向逐渐扩展,同一位置的浓度值随时间的延续呈逐渐增大的趋势,但距离污染源越远,污染物的浓度越低。结合现场检测情况,证明了黏土固化注浆帷幕对重金属污染物具有较强的污染控制能力。     

氨氮在黏土防渗层中渗透和运移规律试验研究

对太湖疏浚污染底泥中含有的一种主要污染物--氨氮在底泥堆场黏土防渗层中的渗透和运移规律进行了试验研究。在室内通过渗透模拟试验和动态土柱试验,测定了不同固结压力作用下黏土的渗透系数和弥散系数,通过静态吸附试验测定了黏土对氨氮的吸附系数。试验结果表明,底泥堆场下部的黏土防渗层对底泥中的氨氮具有较强的吸附和阻隔能力。     

LNAPL在二维含水介质中运移规律的研究

为研究LNAPL(轻质非水相液体)污染物在均匀含水介质中的运移规律,本文建立微元模型推导出LNAPL在均匀含水介质中的对流--弥散方程。针对不同的介质模型,对二维对流--弥散方程运用差分法进行数值模拟,求其数值解。分析LNAPL污染物的运移特征,得出在均匀介质和非均匀层状介质中运移规律:LNAPL污染物在含水介质中的运移规律遵循对流--弥散方程,介质的弥散系数是影响LNAPL污染物运移的主要因素。     

铜矿山尾矿坝帷幕防渗技术研究

为满足矿山尾矿坝的渗漏治理,从抗酸稳定性、防渗等级和帷幕完整性三个方面阐述了尾矿坝防渗帷幕的性能要求,基于矿物晶体结构的理论分析和对纯水与酸性渗透液的对比试验,分析了粘土固化浆液的抗酸稳定性,研究了粘土固化注浆帷幕的防渗特性,并结合工程实例,介绍了尾矿坝基础防渗中粘土固化注浆帷幕的设计、施工工艺和质量控制措施.通过对实际工程的质量检查,验证了该防渗技术应用在矿山尾矿坝中的有效性和可靠性.     

堤坝脉动注浆浆液扩散机制及应用研究

基于脉动注浆泵可输出低频周期性脉冲压力的特点,结合可控性黏土固化浆液,提出了一种可用于堤坝防渗加固的新方法。通过进行原型试验验证了该方法的可行性,考虑钻孔扰动和脉动低频重复压力对地层渗透特性的影响,推导了黏土固化浆液脉动扩散方程,运用多场耦合软件COMSOL探讨了脉动压力下黏土固化浆液扩散的机制,最后将研究成果成功应用于南水北调中线鹤壁段引水渠道边坡帷幕注浆工程。研究结果表明：黏土固化浆液脉动控制注浆技术可显著提高地层连续性和整体性,结石体28 d强度大于2 MPa,渗透系数可降至10?5 cm/s左右,浆液在注浆孔附近与土体胶结成块,邻近注浆孔浆脉交错搭接,整体表现为空间立体网状包裹结构的防渗墙体;对数值模拟和现场试验结果进行综合分析,堤坝脉动注浆时间应控制在1 800～2 400 s之间,合理的脉动注浆压力在0.2～2 MPa之间,脉动持续时间宜调至4～8 s,脉动间隔时间宜调至2～6 s,这样有利于保证堤坝脉动注浆工程达到最优的防渗加固效果;工程实践的渠道边坡连续性、整体性得到了改善,注浆止水加固效果显著,检查孔渗透系数降至10?5 cm/s,所取芯样完整,芯样最长可达40 cm。     

大变形黏土防渗层中的污染物迁移和转化规律研究

国内湖泊疏浚污染底泥堆场一般以较厚的黏土层作为主要防渗层,由于在上覆底泥作用下黏土层会发生较大的固结变形,因此,在研究黏土防渗层中的污染物运移和转化规律时,应该考虑土体变形的影响。基于Gibson一维大变形固结理论和饱和多孔介质中的污染物对流扩散方程,建立了二者耦合的可变形多孔介质中污染物的运移和转化模型,其中首次考虑了土体自重和生物降解作用的影响。利用所建立模型的数值解,研究了在可变形黏土防渗层中的污染物运移和转化规律,同时分析了模型中不同项和主要参数的作用和影响。研究结果表明,土体大变形对黏土防渗层中污染物的运移有着较复杂的影响,一方面土体变形会加速污染物的运移;另一方面土体固结带来的渗透性减小会增加污染物的穿透时间,二者的不同作用取决于众多的影响因素,如土层厚度和吸附作用等。研究结果对于评估天然黏土防渗层对污染物的阻隔作用有重要的指导意义。     

北方某废弃矿区地下水污染帷幕注浆应急处置研究

随着我国煤炭资源的枯竭,大量矿山关闭,遗留了广大的地下采空区场地。不少化工企业向废弃矿井内倾倒化学废液等导致了矿区地下水污染事故,威胁地下水水源地的水源安全。针对此类复杂场地条件下污染事故的应急处置案例和经验都非常少,本文以北方某废弃矿区地下水污染注浆帷幕应急处置为例,通过对矿区地质条件的分析、地下空间结构和地下水流场的刻画,构建三维地质模型,以模型为基础设计帷幕注浆工程并实施,研究复杂场地条件下开展帷幕注浆应急处置的重要内容和决定因素,并利用场地地下水样品监测结果,分析研究帷幕内外污染物浓度分布特征及差异,找出地下水运移规律,评价注浆帷幕效果。研究表明：在事故井周边100 m范围实施的帷幕注浆工程,对污染物运移的封堵效果显著,帷幕注浆内外污染物含量差距明显。一期检测结果显示帷幕注浆范围内地下水中二氯甲烷浓度最高1390 μg/L,帷幕范围外最高浓度仅为8. 07 μg/L;二期检测结果为污染物检出浓度大于5 μg/L的区域全部位于帷幕范围内,帷幕范围外均未检出。同时污染物的分布特征指示着地下水沿巷道运移成为最主要的形式,对地下空间结构的精准刻画是决定帷幕注浆工程成效的重要因素。     

山东淄博市大武水源地裂隙岩溶水中污染物运移的数值研究

在分析研究淄博市大武水源地裂隙岩溶含水层的水力性质和污染物运移特征的基础上 ,对裂隙岩溶水的水头和污染物运移进行数值研究。目前国内外对裂隙岩溶水进行数值计算时 ,通常用等价多孔介质模型 ,但裂隙岩溶介质和多孔介质有很大不同。裂隙岩溶介质的储水和导水空间为裂隙网络 ,导水系数大 ,地下水的实际平均流速比孔隙水大得多 ,但给水度和贮水系数小。当用等价多孔介质模型进行模拟时应考虑这些特点。对于污染物运移的模拟 ,要同时求解水头方程和对流弥散方程 ,可采用MODFLOW和MT3D软件进行模拟。研究区裂隙岩溶水水头的数值计算表明 ,等效多孔介质模型水头的拟合误差能满足国标GB/T144 97- 93的要求。各时段地下水水量均衡计算的精度也满足要求。对流弥散方程的数值计算 ,由于Peclet数高达 95 .6 7,对流占绝对优势 ,可能存在数值弥散和数值振荡 ,因而采用多种方法进行了比较。对于同一问题 ,同时采用上游有限差分法 (UFDM) ,混合的欧拉拉格朗日方法 (特征线法MOC、改进特征线法MMOC和混合特征线法HMOC) ,总变异消减法(TVD)进行计算 ,并比较其结果。结果表明 ,混合特征线法 (HMOC)和总变异消减法 (TVD)比较适合于对流占优势的运移问题计算。由于渗透系数K和有效孔隙度θ对溶质运移结果的影响很大 ,?     

基于有机污染物扩散的复合衬垫厚度的概率设计

有机污染物在复合衬垫中的运移以扩散方式为主。目前关于运移参数不确定性及其对衬垫性能影响的研究还不多,复合衬垫厚度的设计也没有考虑不确定性的影响。总结了运移参数已有的成果,采用蒙特卡罗法研究了半无限条件下运移参数的变异性对衬垫底部污染物质量浓度和通量的影响,并对衬垫厚度进行了设计。研究表明:土工膜中有机污染物的分配系数和扩散系数的变异性对质量浓度和通量的影响可以忽略,而土中有机污染物的扩散系数和阻滞系数的变异性对其影响则非常显著。确定性方法计算的结果偏于危险,有必要加强对土中有机污染物的扩散系数和阻滞系数概率特性的研究。以甲苯为例进行黏土衬垫厚度设计,结果表明:概率计算方法得到的黏土衬垫厚度约为确定性方法的1.71~1.81倍,采用概率方法进行衬垫设计更合理。     

CCL吸附特性及孔隙率降低对污染物运移的影响

假定孔隙均匀地分布于土体的物质空间内和土骨架对污染物的吸附特性服从平衡线性,对基本体积质量关系进行分析,提出了由于土体对污染物的吸附而引起的孔隙率降低的估算公式。在考虑土体孔隙率变化的条件下,建立了污染物一维运移的控制方程,并考虑垃圾生物降解效应、压实黏土衬里（CCL）防渗层、下覆有限厚度含水层等实际情况,确定了初始条件和边界条件。对所建立的初边值问题进行了数值求解,且对某假想填埋场情况进行了变动参数与对比计算,结果表明,由于土颗粒对污染物的吸附所引起的孔隙率降低,显著地降低了污染物对压实黏土衬里的穿透能力。与常孔隙率情况相比,CCL中污染物的峰值浓度降低近10 %,含水层中污染物浓度降低更显著。当考虑土体孔隙率变化时,弥散对污染物运移具有控制作用,分布系数对污染物的运移具有重要影响。     

露天煤矿截水帷幕防渗膜垂向隐蔽铺设施工工艺

防渗膜（HDPE土工膜）目前广泛应用于防污染、防渗漏、防扩散为主的防渗工程中，且铺设形式复杂多样。在我国某露天煤矿地下截水帷幕工程中，将防渗膜进行大深度垂向隐蔽铺设，深度可突破50 m，作为帷幕墙防渗主体；利用接头箱技术，实现了不同槽段间的防渗膜叠覆连接；通过注浆回填工艺，在压紧防渗膜的同时，提高了帷幕墙的抗渗性；最后采用围井抽水试验验证了墙体的防渗性，结果表明，防渗膜帷幕墙渗透系数仅为8.6×10-7 cm/s，达到设计要求。防渗膜帷幕墙具有施工效率高、成本低、绿色环保等优点，其成功应用对其他类似项目具有推广借鉴意义。      

松软地层防渗灌浆帷幕结构性状实验研究

松软地层透水率较大,防渗灌浆工程吃浆量相对较大,浆液扩散极不规则,形成的防渗帷幕,包括防渗幕体厚度、力学性能、防渗效果等结构性状难以准确把握,现有的方法和技术主要采用压水试验、标贯、钻孔取心、物探等方法获取相关信息,但带有极大的不确定性,直接影响到防渗质量的评价。在现场进行多工况灌浆原型试验研究,通过注水试验、孔斜测定、取心测试、全断面开挖等多种方法,真实呈现防渗幕体的性状,包括幕体有效厚度及其影响范围、幕体强度性能和渗透性能。结果表明,在松软地层采用浆体封闭、脉动灌浆控制灌浆工艺,孔距1.5m,两排排距0.8m,并采用适宜的灌浆控制参数灌注可控性黏土水泥浆材,简便高效,孔周挤密区、结石体及胶结体形成的有效幕体均一性好,防渗效果达到5lu以下,灌后28d结石体强度达到3MPa以上。灌浆工艺和参数可直接供类似地层应用。对于不同类型地层在不同灌浆材料、灌浆工艺、灌浆参数情形下的灌浆结构性状,有必要研发物理模型进行大样本室内试验研究。     

Ion exchange properties of oceanic ferromanganese nodules and enclosing pelagic sediments

Results of the experimental study of ion exchange properties of deep-sea pelagic sediments and related ferromanganese nodules (FMN) are considered. The exchange complex of sediments and nodules includes Na⁺, K⁺, Ca²⁺, and Mg²⁺ cations. The FMNs also include Mn²⁺ cations. Series of reactivity of metal cations during exchange reactions in different types of pelagic clayey sediments and diagenetic-sedimentary FMN are compiled. Series of exchange capacity of the sediments and FMN for alkali and heavy metal cations are also presented. The exchange capacity of FMN is always higher than that of enclosing sediments. Sediments are characterized by reversible equivalent sorption of cations of both alkali and heavy metals. Irrespective of the mineral composition, the FMNs are characterized by the reversible equivalent sorption of alkali metal cations, whereas sorption of heavy metal cations is only partly reversible. More over, alkali metal cations do not replace heavy metal cations. The results obtained refine the role of ion exchange processes in the redistribution of heavy metal cations at the water-bottom sediment interface during the diagenetic-sedimentary formation of ferromanganese nodules.     

重金属迁移转化模型研究

大量重金属污染物迁移转化的现象和研究成果都表明重金属以泥沙颗粒为载体迁移转化,描述重金属在天然水体中的迁移转化必须紧紧抓住泥沙颗粒运动及重金属与泥沙之间的转化关系进行.为此在对现有的重金属迁移转化数学模型进行概括分类的基础上,根据水沙运动与污染物相互作用关系,分析了泥沙颗粒运动及重金属吸附解吸不平衡过程,并结合水沙数学模型,建立了重金属迁移转化的耦合模型.同时在模型合理性分析的基础上,对模型进行了计算分析,分析表明模型能够合理地反映重金属污染物在水体中的迁移转化过程.     

铅污染对黄土宏观持水性能和微观结构演化的影响研究

垃圾填埋场渗滤液中的重金属与土体发生物理化学反应,可能导致土体微观结构的改变,重金属等有毒物质得以扩散、运移,威胁人体健康和周边环境。为探究重金属污染对黄土宏观持水性及微观结构的影响,采用轴平移技术测得铅污染黄土的土-水特征曲线。通过扫描电子显微镜（SEM）、压汞（MIP）、X射线衍射（XRD）和Zeta电位试验,阐明细观结构变化特征。结果表明：铅污染黄土的进气值随铅离子浓度的增加而减小,当铅污染浓度由0 mg/kg增加至2 000 mg/kg时,进气值从19.18 kPa下降至12.12 kPa;铅污染导致持水性能降低,渗透系数随铅离子浓度的增加而增加,饱和渗透系数从7.92×10–8 m/s增加到3.73×10–7 m/s;铅污染引起的物理化学反应及Zeta电位的降低导致絮凝结构形成,小孔隙占比减小,中孔隙占比增加;铅污染引起的微观结构演化与宏观持水性和渗透性具有良好的对应关系。该研究结果可为重金属污染场地非饱和渗流及溶质运移等问题的研究提供重要参数。     

重金属随泥沙迁移过程的数学模型

为更加准确地模拟重金属随泥沙迁移的过程,避免传统模型在描述重金属的吸附解吸时只能片面地考虑简单物理过程的不足,在水沙输移模拟的基础上,同时考虑了重金属随泥沙迁移的物理和化学过程,建立了完整的水动力-泥沙-重金属迁移数学模型。模型利用泥沙颗粒表面复杂形貌与电荷的关系来修正表面络合模型并以此分析了水体中的重金属与泥沙颗粒表面基团间的化学成键作用,同时根据化学反应的不同条件,并结合床面冲淤,将床面泥沙分为有氧层和无氧层分别考虑重金属的沉积与再释放。模型模拟了水槽试验中重金属Ni随泥沙迁移的情况,计算结果与实测数据的对比表明了建立的模型可以合理地反映重金属随泥沙的迁移过程。     

露天煤矿截水帷幕效果检验方法及截水效果分析

某露天煤矿为减少矿坑疏排水量，通过施工截水帷幕切断矿坑北侧河流补给通道。根据现场施工条件，采用低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆、咬合桩4种工艺构建截水帷幕。为检验施工过程中露天煤矿截水帷幕的效果，针对低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆等3种截水帷幕工艺，进行了4次围井试验。试验结果表明，在露天煤矿深厚砂卵石层动水、低温条件下，低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆帷幕均具有良好的截水效果，渗透系数分别达到8.34×10-7、6.28×10-7、7.85×10-7 cm/s，与原材料室内实验得出的渗透系数基本吻合。在4种帷幕工艺的共同作用下，露天煤矿矿坑疏排水量显著减少，围井试验在截水帷幕施工过程中具有良好的效果检验作用。      

Adsorption of Heavy Metal Cations by Base Metal Sulfides in the Broken Spur and TAG Hydrothermal Fields,Atlantic Ocean

Data on the mineral and chemical composition of samples of sulfide deposits from the Broken Spur and TAG (Mid-Atlantic Ridge) are presented. The main minerals in the Broken Spur field are marcasite, pyrrhotite, pyrite, chalcopyrite, and sphalerite; in sample from TAG: chalcopyrite, pyrite, and marcasite. It has been established that these sulfide minerals of Fe, Cu, and Zn are natural ion exchangers and belong to the class of adsorbents. Exchange capacity of sulfide minerals in terms of heavy metal cations (Ni2+, Co2+, Cd2+, and Pb2+) is 0.022–0.32 mg-equiv/g. In the exchange reaction products, the mineral composition of sulfide deposits is retained, and new phases do not appear. It is suggested that the adsorbed heavy metal cations populate either vacant cationic or interstitial defect sites in the structures of sulfide minerals. Bond strength of the adsorbed heavy metal cations with the main structural elements of minerals is low, which is confirmed by their high extraction in an acid medium. The results of adsorption-desorption experiments indicate two forms of heavy metal cations in sulfide minerals: adsorbed (basic) and chemically bound.     

混合重金属离子侵蚀饱和黏性土渗透特性试验研究

渗透特性是表征黏性土层防渗能力及防污性能的关键控制因素,黏土衬垫渗透系数的正确选择对保证垫层的防污效果具有极其重要的意义。采用柔性壁渗透仪,通过室内试验研究了混合重金属离子共存情况下侵蚀饱和黏性土的渗透特性变化规律。试验结果表明,将可溶性铜、铬离子混合与铜、锰离子混合溶液作为渗液,黏性土渗透性均随着掺入离子浓度比例的增大而逐渐增强,且相同试验条件下,铜、铬离子混合溶液作为渗液测得的黏土渗透系数值大于铜、锰离子混合溶液作为渗液测得的渗透系数值。混合重金属离子的存在削弱了黏土垫层作为工程防污屏障服役的能力,并对黏土层的水力传导性起到了劣化作用。试验土样微观结构分析表明,渗液特性的改变影响了土样内部的微观结构,随着渗液混合离子质量比的增大,土样中出现了凝聚体且有效输运孔隙通道增大,与宏观渗透特性的变化规律相吻合。研究结果能够为有效评估黏土防污屏障的防渗隔污能力及研究堆场渗液在黏土垫层中的运移机制提供参考。