无机污染物离子在电动土工屏障中的一维对流–扩散模型及其解析解

摘要

电动修复是一项十分具有应用前景的土壤修复技术,利用该技术原理提出的电动土工屏障,可以有效阻止污染物往周围土体和地下水中的扩散。考虑无机污染物离子在浓度梯度、水力梯度以及电渗和电迁移共同作用下的迁移规律,建立电动土工屏障中无机离子的一维对流–扩散模型,并采用Laplace变换法推导其解析解,给出屏障中任一断面的离子流出质量通量计算公式,并通过与文献中的一维模型试验结果进行对比验证其正确合理性。在此基础上,利用提出的解析解,开展参数研究,分析无机污染物离子在电动土工屏障中的迁移规律。结果表明:阳极边界处的Pb2+稳定流出质量通量随着平均电势梯度、黏土层厚度、土体电渗透系数的增大而显著减小;对于扩散系数大的污染物离子,建议提高平均电势梯度以增强其电动迁移效果;吸附阻滞因子对最终稳定流出质量通量影响较小,但可以有效延长电动土工屏障被击穿的时间。所提出的解析模型为电动土工屏障的设计提供一种简便的计算方法,还可验证相关数值模型的正确性。