尾矿库浅层土壤中铀的浸出特性与数值模拟研究

摘要

目前，土壤中的核素迁移已经对环境造成严重的污染，为了对土壤污染治理提供帮助，有必要对土壤中核素浸出特性进行研究。本文以湖南省某大型尾矿库区的浅层土壤为研究对象，以核素铀为例，通过模拟降雨条件下动态土柱淋滤实验以及基于Geostudio软件的数值模拟分析，主要得出以下结论： （1）通过对土样的理化性检测，得出尾矿库区浅层土壤为粉质粘土，土壤偏酸性，土壤中主要化学成分有SiO2和Al2O3，土壤中赋存的核素铀远超国家土壤环境背景值2.8mg/kg。 （2）通过土柱淋滤实验，得出了土柱渗透液pH值前期下降较慢，后期逐步下降接近淋滤液pH值。柱底部渗透液体积呈先上升后下降，最后达到平稳的趋势。随着时间的变化土柱底部渗透液中铀浓度要稍微高于中部。土柱渗出液中铀浓度变化为先上升后迅速下降，最后保持稳定。随着pH值的降低，土壤中铀的析出量增大。 （3）通过Geostudio软件进行数值模拟，得出土样的土水特征曲线和渗透系数曲线。在第90天时土柱中不同高度土壤的含水量达到平衡，土壤完全饱和。铀在单一对流条件下600天的迁移距离较短，推论在粘土等渗透率小的土壤中核素铀的扩散主要依靠水动力弥散和分子扩散的作用。 （4）土柱土壤中铀浓度呈阶梯状自上而下非线性递减，90天以前浓度梯度变化速度较快，90天以后浓度变化速度减小。 （5）通过Geostudio软件数值模拟结果和实验结果对比，证实了该软件能较好的模拟土壤中重金属的浸出和运移情况，可以为环境污染物的运移提供预测。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 影响核素迁移的因素

1.2.1 吸附-解析作用

1.2.2 氧化还原作用

1.2.3 生物作用

1.2.4 pH值的影响

1.3 国内外研究现状

1.3.1 土壤中放射性核素迁移研究进展

1.3.2 降雨入渗研究现状

1.3.3 溶质迁移模拟的研究现状

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 创新之处

第2章 尾矿库区概况及样品采集

2.1 研究区概况

2.2 土壤样品的采集和实验设备

2.3.1 土壤含水率的测定

2.3.2 土样容重的测定

2.3.3 土样密度和孔隙率的测定

2.3.4 渗透系数的测定

2.3.5 土壤pH值的测定

2.3.6 土样中铀含量的测定

第3章 铀在土壤中的迁移试验

3.1 概述

3.2 铀标准曲线的制定

3.3 实验装置

3.4 试验过程

3.5.1 土柱底部渗水量

3.5.2 土柱底部渗出液中pH的变化

3.5.3 土柱渗出液中铀的浓度变化

3.6 本章小结

第4章 尾矿库浅层土壤中核素铀迁移的数值模拟研究

4.1 模拟软件的介绍

4.2 模型的说明

4.2.1 核素的迁移

4.2.2 控制方程

4.3 数值模拟过程

4.3.1 建立几何模型

4.3.2 SEEP/W渗流分析

4.3.3 CTRAN/W溶质运移分析

4.4.1 土壤含水率的变化

4.4.2 污染物浓度迁移

4.4.3 污染粒子迁移分析

4.5 本章小结

第5章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢