水泥潛入砂質(zhì)河床基質(zhì)對河流污染物對流運移攔截效果的試驗研究.pdf

1、飽和-非飽和土壤介質(zhì)水分入滲是自然界水循環(huán)中的一個重要環(huán)節(jié)。入滲過程中，隨著土壤水分的對流遷移，地面水中的污染物質(zhì)一方面可通過地層薄弱防護帶、補給區(qū)帶、直接暴露的地下水天窗地帶以及其他與地下水存在直接水力聯(lián)系的地帶等快速滲進地下水中形成污染，另一方面也可通過地層較強防護帶經(jīng)不斷累積下移，緩慢進入地下水中形成污染。久而久之，輸送地表污染水的河道或渠溝必然成為地下水污染的主要污染源。這種地表下滲水及近期大規(guī)模滲漏形成的“新生代地下水層”，往

2、往是受污染最嚴(yán)重的地下水。中國約有近70％的人口飲用地下水，地下水一旦受到污染，飲用后將會危害人體健康，甚至危及社會穩(wěn)定。鑒于此，研究如何攔截地表水中的污染物向下對流遷移，以削減地面污水對地下水資源污染的課題就顯得十分重要。
　　本文以山西省河道管護服務(wù)總站項目(科2012-1)、山西省晉城市科技計劃項目（201202238）和山西省科技攻關(guān)項目20150313002-2）為依托，以山西省母親河——汾河流域干流及支流的河床底泥為試

3、驗基質(zhì)，通過系列室內(nèi)土柱污水模擬入滲試驗，測試分析了水泥潛入砂土基質(zhì)條件下的水分入滲過程、污染物遷移過程、水泥潛入對污水中污染物的阻截作用和效果。研究首先針對不同細顆粒物質(zhì)潛入底泥基質(zhì)的阻滲效果進行比選，然后選用阻滲效果顯著且易操作的水泥作為細顆粒阻滲材料，進一步揭示和探討水泥潛入底泥基質(zhì)對污水中幾種養(yǎng)分元素和污染物的阻截效果，研究結(jié)果表明：
　　當(dāng)細顆粒物質(zhì)的粒徑小于底泥基質(zhì)的主成分顆粒粒徑，并且能有效地潛入河床底泥基質(zhì)時，能夠

4、明顯地降低水分在底泥基質(zhì)中的入滲能力，其減滲效果由底泥基質(zhì)和阻滲顆粒的綜合性能決定；比較幾種供試細顆粒物質(zhì)的阻滲效果發(fā)現(xiàn)：水泥潛入的阻滲效果最好，粘土、粉煤灰、高爐水渣的阻滲效果依次降低；水泥是經(jīng)濟性和實用性兼?zhèn)涞睦硐胱铦B顆粒；粘土、粉煤灰、高爐水渣等細顆粒物質(zhì)由于自身比重小、膠凝性能差等原因，實踐推廣性較差；影響水泥潛入河床底泥基質(zhì)減滲效果的因素很多，其主導(dǎo)因素為水泥潛入水頭、水泥潛入后的延滯供水時間、底泥基質(zhì)的容重、底泥基質(zhì)的質(zhì)地、

5、水泥潛入量等；通過SPSS模擬分析，認(rèn)為可以用研究發(fā)現(xiàn)的主導(dǎo)因子作為自變量來確定多元線性模型和多元非線性模型，用其來預(yù)測水泥潛入河床底泥的阻滲效果，預(yù)測相對誤差平均值分別為6.16%和5.86%；但多元線性預(yù)測模型形式簡單，預(yù)報工作量小，可用來做初步的預(yù)報工作。
　　底泥基質(zhì)對入滲污水中主要通過對流作用向下遷移的污染物質(zhì)有一定的阻截作用；水泥潛入可提高底泥基質(zhì)的攔截效果；分析1m埋深的滲出液，水泥潛入砂性底泥基質(zhì)可提高SS攔截效果

6、70%左右；對硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、重金屬攔截效果可提高40%以上；對TP、SO42-、Cl-等的攔截攔截效果提高率為20%左右；對污水中的TDS含量，沒表現(xiàn)出明顯的攔截效果。
　　水泥潛入對污染物質(zhì)在底泥基質(zhì)中的縱向分布趨勢影響有較大差異，對硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、TP等的分布趨勢影響不顯著；對鹽分SO42-、重金屬元素等的縱向分布表現(xiàn)出明顯的“淺集表聚”現(xiàn)象，影響作用較大；在土體不同深度，處理試樣中不同污染物質(zhì)的含量均一定程度低于參考試樣，

7、水泥潛入對進入土體的外源污染物的累積具有一定的抑制作用，可以阻截進入土體中外源污染物的總量。
　　本文在試驗基礎(chǔ)上，對試驗結(jié)果及現(xiàn)象做了詳細的機理分析。實驗證明，水泥顆粒因有91%的顆粒粒徑集中在3～32μm之間，比重達3.1，在底泥基質(zhì)中有較好的潛入能力；在污染水入滲前或在入滲過程中在底泥基質(zhì)中潛入水泥細顆粒物質(zhì)，可使水泥填充在土壤顆粒的孔隙之間，有效地減少通氣孔隙的比例，增加土壤水在其孔隙中流動的阻力，加之水泥水化產(chǎn)物良好的水

8、硬凝結(jié)性和水分吸附功能，可形成透水性差，硬度高的致密阻滲層，對入滲水的阻滲效果可達35%以上；對入滲污水中的營養(yǎng)元素、鹽分、重金屬等污染物也具有較明顯的阻截效果，是一項有效控制地下水污染的措施。該研究結(jié)果對于進一步推動利用土體改性影響土壤阻滲特性具有理論建議，對于減小和控制河渠污水對地下水的污染具有實際應(yīng)用價值。
　　由于試驗條件及周期等各方面原因，本論文僅就影響水泥潛入底泥基質(zhì)的物理因素作了研究，其它影響因素和相互影響效果、數(shù)學(xué)