多孔介质中反应性溶质运移机理研究——以CuSO4和EDTA-Na为例

摘要

多孔介质地下水污染运移机制、规律以及模型方法研究成为环境领域和水文地质领域一个极受重视的热点。然而由于多孔介质的强烈空间变异性，其地下水流动及污染物运移十分复杂，目前无论在理论研究方面还是在实际应用中都出现了许多问题。研究中多用惰性物质来代替，可反应性溶质在多孔介质中的反应及运移情况相对较少。本文在总结国内外相关研究成果的基础上，选用了粒径为3.0mm的玻璃珠模拟自然界中的多孔介质，构造了一种均质的条件，以CuSO4和Na2EDTA2-为例开展多孔介质中双分子反应溶质运移的实验及模拟研究，并利用图像法将图像的像素分别通过CuSO4和Cu2EDTA2-浓度与像素标准曲线转化为各自的浓度来研究反应性溶质在多孔介质中的运移规律，利用ADRE模型对溶质运移的穿透曲线(BTC)进行了初步的拟合，对实验结果进行了分析。弥散系数是孔隙介质溶质运移过程中的重要参数。在研究弥散系数对速度依赖性时，我们选择了惰性溶质亮蓝来研究，得出主要结论如下:
　　(1)反应性溶质运移的生成物规律大致呈现正态分布，有拖尾现象。
　　(2)流速和尺度效应均对反应性溶质运移有一定的影响，流速增大，反应生成物达到的峰值浓度比低流速时的大，而且达到浓度峰值所用的时间减少。随着取样点的提前，生成物浓度达到各取样点下峰值的时间提前，且取样点提前生成物的峰值浓度增大。
　　(3) ADRE能较好的拟合反应穿透曲线拖尾现象，模拟值比实测值略大。
　　(4)通过对弥散系数与流速做双对数图发现两者之间具有明显的线性关系，可以用D=α Vβ来表示，β在1.0～2.0之间变动，且随粒径增大而增大。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 反应性污染物在多孔介质中的运移研究

1．2．2 非反应性溶质与反应性溶质的选择以及其研究进展

1．2．3 图像法的研究进展

1．3 本文的研究内容

第二章 相关理论基础

2．1 多孔介质

2．1．1 多孔介质的物理性质

2．2 多孔介质溶质运移

2．2．1 多孔介质中溶质运移特征

2．2．2 溶质运移的尺度问题

2．3 多孔介质中水动力弥散方程的建立及求解

2．3．1 相关概念

2．4 反应性污染物在多孔介质中的运移

2．4．1 硫酸铜与乙二胺四乙酸二钠反应的模型

2．4．2 模型求解方法

2．4．3 穿透曲线

第三章 多孔介质反应性污染物运移

3．1 装置

3．1．1 模型CAD图

3．1．2 照明系统

3．1．3 成像系统

3．2 实验材料

3．2．1 实验用水

3．2．2 实验所用玻璃珠

3．2．3 主要实验器材及药品

3．3 实验原理与实验步骤

3．3．1 实验原理

3．3．2 反应性溶质实验

3．3．3 实验步骤

第四章 实验结果分析

4．1 水力实验结果

4．2 亮蓝溶液浓度-G值标线

4．3 CuSO4溶液浓度G值标线

4．4 EDTA-Cu浓度-G值标准曲线

4．5 玻璃珠填充柱反应性溶质运移结果的分析

4．5．1 流速对3．0 mm玻璃珠填充柱反应性溶质运移的影响

4．5．2 尺度效应对多孔介质中溶质运移的影响

4．6 反应性溶质实验的数值模拟

4．6．1 不同取样点处溶质运移的数值模拟

4．6．2 反应性溶质运移规律分析与总结

4．7 多孔介质中溶质运移弥散系数D对速度依赖性的研究以亮蓝为例

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况