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现今,土壤重金属污染的现象严重,其对土壤所造成的危害是不可逆的,寻找高效且环保的土壤重金属污染治理技术已成为世界性的课题。本文基于人工冻结法净化重金属污染土体的设想,深入探究了溶质型重金属污染物在冻结土体中的迁移规律。采用自主设计的冻结试验系统,以玻璃微珠替代砂土,将重金属锌离子作为研究对象,利用单向循环冻结的方式,开展了饱和土体中锌离子迁移试验。通过设置不同的试验条件,获得了冻结过程中土体温度场、浓度场及含水率的变化规律。
主要结论如下:
(1)基于原子吸收光谱法进行了玻璃微珠吸附试验,得到玻璃微珠具有一定吸附性。粒径、pH值、投加量这三个因素,均会影响玻璃微珠对Zn2+的吸附率和吸附量,而吸附时间对玻璃微珠吸附Zn2+的影响较小,在180min以内,其吸附率才会受到吸附时间的影响,而当达到了吸附平衡后,其吸附率就不再发生变化。
(2)在自上往下的单向循环冻结过程中,试样顶部的温度快速下降,而底部温度的下降则较缓慢,冻结后期试样温度场保持几乎不变的稳定状态,试样顶层最终温度最接近所设置的冻结温度;冻结时间越大,试样最终温度越低;粒径越大,试样温度到达0℃所需时间越长;试样顶部(冷端)的含水率高于试样中下部;冻结时间的增加,水分迁移的时间增长,朝冷端的迁移量增大;冻结温度越低,水分迁移量就越少;粒径越小,则不利于水分向顶端迁移。
(3)单向冻结时,重金属污染物随着冻结锋面不断向底部迁移,在底部(第6、7层)形成高浓度的小范围区域,大部分(第1~5层)土体都得到了有效净化。同时还有部分污染物离子被玻璃微珠吸附,其中底层的吸附量最大。冻结温度越低,Zn2+在土体中的重分布现象越差,Zn2+基本都迁移到了土体底部区域;增加冻结时间,有利于将Zn2+驱赶到土体底部;初始浓度增大,Zn2+向底层的迁移越不完全,且会有更多的Zn2+吸附在玻璃微珠上;粒径越小,则不利于Zn2+向试样底层迁移,玻璃微珠吸附量增大;pH值减小会导致试样孔隙水中Zn2+的浓度增大;其中,饱和土体第1~5层区域的净化率最高可达到70.3%。
主要结论如下:
(1)基于原子吸收光谱法进行了玻璃微珠吸附试验,得到玻璃微珠具有一定吸附性。粒径、pH值、投加量这三个因素,均会影响玻璃微珠对Zn2+的吸附率和吸附量,而吸附时间对玻璃微珠吸附Zn2+的影响较小,在180min以内,其吸附率才会受到吸附时间的影响,而当达到了吸附平衡后,其吸附率就不再发生变化。
(2)在自上往下的单向循环冻结过程中,试样顶部的温度快速下降,而底部温度的下降则较缓慢,冻结后期试样温度场保持几乎不变的稳定状态,试样顶层最终温度最接近所设置的冻结温度;冻结时间越大,试样最终温度越低;粒径越大,试样温度到达0℃所需时间越长;试样顶部(冷端)的含水率高于试样中下部;冻结时间的增加,水分迁移的时间增长,朝冷端的迁移量增大;冻结温度越低,水分迁移量就越少;粒径越小,则不利于水分向顶端迁移。
(3)单向冻结时,重金属污染物随着冻结锋面不断向底部迁移,在底部(第6、7层)形成高浓度的小范围区域,大部分(第1~5层)土体都得到了有效净化。同时还有部分污染物离子被玻璃微珠吸附,其中底层的吸附量最大。冻结温度越低,Zn2+在土体中的重分布现象越差,Zn2+基本都迁移到了土体底部区域;增加冻结时间,有利于将Zn2+驱赶到土体底部;初始浓度增大,Zn2+向底层的迁移越不完全,且会有更多的Zn2+吸附在玻璃微珠上;粒径越小,则不利于Zn2+向试样底层迁移,玻璃微珠吸附量增大;pH值减小会导致试样孔隙水中Zn2+的浓度增大;其中,饱和土体第1~5层区域的净化率最高可达到70.3%。