多孔介质反应性污染物运移机理试验研究——以苯胺和1,2-萘醌-4-磺酸钠为例

摘要

地下水环境中的污染物运移机理对深部地下工程及地下水污染防治、放射性核废料的地质处置等有着重要的指导意义。然而由于地下水环境的复杂性，导致其中溶质运移也十分复杂，所以目前为止，多孔介质中溶质运移方面的研究集中在惰性溶质方面。但考虑到实际情况，自然界地下水环境中的污染物运移大多不是单一物质运移，且运移过程中多伴随生物化学反应，而关于这方面的研究还处于起步阶段，所以本文以此为切入点，初步研究多孔介质中反应性溶质的运移反应规律。本课题在归纳总结有关多孔介质中反应性溶质运移试验的基础上，设计了有机玻璃管填充不同粒径的石英砂模拟自然界中的多孔介质，用苯胺和1，2-萘醌-4-磺酸钠模拟水体中的反应性污染物，并参照文献中的检测方法对各个污染物的浓度进行检测，以得出反应性污染物在多孔介质中的运移反应规律，同时做了数值模拟的对比分析。总结本文的研究思路和实验成果，得出以下结论：
　　(1)本文在总结文献的基础上大胆尝试，选择苯胺和1，2-萘醌-4-磺酸钠作为反应性污染物的代表，取得了很好的试验效果，证实了其可行性。
　　(2)每组试验都设定了三个不同流速以便分析流速变化对多孔介质中反应性溶质运移反应的影响，综合分析可知反应生成物浓度达到最大的时间随着流速的增大而提前，且达到最大浓度的时间与惰性溶质达到最大浓度的时间很接近，说明化学反应没有很大程度上影响流速。
　　(3)试验构造了三种石英砂柱模拟自然界中的多孔介质，其中两种模拟均质介质条件，另一种模拟非均质介质条件。综合实验图和数值模拟图分析可得介质的均质非均质变化对反应性溶质在多孔介质中的运移反应影响很大。
　　(4)从试验所得的图文分析，填充在石英砂柱中的1，2-萘醌-4-磺酸钠溶液的浓度随着反应的进行逐渐降低至0，注入石英砂柱中的苯胺溶液浓度随着反应的进行逐渐增大至所配置的0.2毫摩尔/升，生成物的浓度则呈先增大后减小的趋势，且能达到的最高浓度在0.05毫摩尔/升左右，证实了多孔介质中由于介质阻隔化学反应不能完全进行。
　　(5)用ADE拟合亮蓝的穿透曲线，其拟合精度很高。反应性溶质数值模拟方面，均匀介质条件下的数值模拟效果较好，但非均质条件的数值模拟效果不理想，还需要进一步改进。

目录

文摘

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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 多孔介质反应性污染物运移研究进展

1.2.2 典型反应性溶质的选择及研究进展

1.2.3 待解决的问题

1.3 本文研究内容

第二章 相关理论基础

2.1 多孔介质

2.1.1 多孔介质的定义

2.1.2 多孔介质的物理性质

2.2 多孔介质中水动力弥散及相关概念

2.2.1 水动力弥散

2.2.2 多孔介质中水动力弥散方程建立及求解方法

2.2.3 相关概念

2.3 苯胺和1，2-萘醌-4-磺酸钠的性质

2.3.1 苯胺的性质

2.3.21，2-萘醌-4-磺酸钠的性质

2.3.3 苯胺和1，2-萘醌-4-磺酸钠化学反应方程式

2.4 多孔介质中反应性污染物运移

2.4.1 苯胺和1，2-萘醌-4-磺酸钠反应模型

2.4.2 模型求解方法

第三章 多孔介质反应性污染物运移试验

3.1 试验装置

3.1.1 实验模型CAD图

3.2 试验材料

3.2.1 试验用水

3.2.2 试验所用石英砂

3.2.3 主要试验器材及药品

3.3 试验检测方法

3.3.1 示踪剂试验及检测方法

3.3.2 反应性溶质试验及检测方法

3.4 试验内容及实施

3.4.1 试验内容

3.4.2 试验实施

第四章 试验结果分析

4.1 水力试验图形分析

4.1.11-2mm石英砂填充柱水力试验图

4.1.22-3mm石英砂填充柱水力试验图

4.1.3 混合柱(上1-2mm+下2-3mm)石英砂填充柱水力试验图

4.2 惰性溶质(亮蓝)的运移分析

4.2.11-2mm石英砂填充柱亮蓝试验结果分析及ADE模拟

4.2.22-3mm石英砂填充柱亮蓝试验结果分析及ADE模拟

4.2.3 混合石英砂填充柱亮蓝试验结果分析及ADE模拟

4.2.4 惰性溶质(亮蓝)运移规律分析

4.3 反应性溶质的运移分析

4.3.11-2mm石英砂填充柱反应性溶质试验结果分析

4.3.22-3mm石英砂填充柱反应性溶质试验结果分析

4.3.3 混合石英砂填充柱反应性溶质试验结果分析

4.3.41-2mm石英砂填充柱反应性溶质试验数值模拟

4.3.52-3mm石英砂填充柱反应性溶质试验数值模拟

4.3.6 混合石英砂填充柱反应性溶质试验数值模拟

4.3.7 反应性溶质运移规律分析总结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文