分散胶体颗粒动水絮凝导致海滨地层损害的影响机制

摘要

目前海咸水入侵已成为沿海地区的一种重大环境灾害问题。对于咸水入侵问题,最直接的控制和恢复办法是用淡水驱替咸水,然而上述过程会出现明显的地层损害问题,即在含水介质中用淡水驱替咸水,含水介质会出现渗透性的突然变化。已有的研究工作表明释放的粘土胶体颗粒发生动水絮凝堵塞孔隙是导致含水介质渗透性降低的主要原因,但是却并未给出海水入侵含水层中分散粘粒的动水絮凝与含水介质渗透性变化之间的作用机制。
　　本文在系统分析胶体、多孔介质的物理化学性质及组成的基础上,通过定流速试验,研究了不同类型粘土胶体的动水絮凝规律,以及不同水化学条件对伊利土动水絮凝的影响;通过定水头试验,分析了阳离子交换作用对胶体动水絮凝过程的影响;通过不同试验条件,研究了不同水动力因素、不同阳离子价态对胶体动水絮凝的影响。通过上述研究,得到了一些创新性认识。主要包括:
　　(1)相同水化学条件下,动水絮凝速度要比静水絮凝速度快了将近90％;离子强度越大,胶体发生动水絮凝过程所需时间越短,胶体絮凝截留量也越多;阳离子交换作用加速了粘粒的絮凝沉积过程;
　　(2)多孔介质结构本身对运移的悬浮胶体颗粒会造成一定量的截留比例,蒙脱土的蒸馏水截留百分比最高,伊利土次之,高岭土的蒸馏水截留百分比最低。
　　(3)对一价阳离子而言,钾离子对伊利土动水絮凝的影响要比钠离子更为显著;对不同价位阳离子而言,二价离子静水和动水絮凝速度要比一价离子快的多,对含水介质渗透性的影响也更大;
　　(4)不同胶体类型的截留量空间分布规律并不相同。高岭土是从入水口到出水口,截留量依次降低,而蒙脱土和伊利土的截留量分布规律恰好相反。三种胶体的流出液颗粒浓度在短时间内能够达到稳定,说明多孔介质结构、悬浮液离子强度和颗粒浓度达到会达到一个动态平衡;
　　(5)水流流态不同时,颗粒的截留量空间分布规律明显不同:砂柱竖放时,从入水口开始截留量依次降低,而横放时的规律刚好相反。重力作用对颗粒的运移影响显著,尤其是离子强度较高时,颗粒沉降更加明显。另外,渗透流速与胶体动水絮凝过程呈负相关关系。