硫铁矿冶炼废渣重金属污染环境危害及迁移扩散规律研究

论文摘要

土壤是人类生存环境的重要组成部分,是一种难以再生甚至是不可再生的有限资源。随着工业的发展,土壤重金属污染日益严重。因此,研究土壤重金属污染、重金属在土壤中的迁移扩散规律,对保护人类环境具有十分重要的意义。本文以硫铁矿土法冶炼硫磺渣场废渣及周边的土壤为研究对象,对采集的样品进行预处理后借助实验室的微波消解仪和原子荧光光谱仪等分析手段对样品中的重金属进行了全量分析、浸出毒性分析、腐蚀性分析。取得以下研究成果:废渣中镍和砷的含量较高,仍有较高的再利用价值;毒性较大,对周围的环境易构成威胁。此外,锌、铜、铅等金属含量亦比较高,同时也有较高的毒性,应引起足够的重视。在误差允许的范围内,除个别点外,整个土壤样的全量分析测定值沿远离渣场的方向呈递减的趋势。渣样的浸出、腐蚀性研究结果表明,此废渣不属于危险废物。为了研究重金属对周边土壤及地下水的潜在危害,论文模拟研究了重金属在土壤中的迁移扩散运动。以浸出实验数据为依据,达西定律、溶质迁移扩散为基本方程,借助COMSOL软件,建立了与时间相关的多孔介质中由于重力作用产生流动的基本模型。在此基本模型的基础上,添加了雨水淋漓、常年主导风向等影响因子,模拟研究了在这些因素的影响下,土壤中重金属浓度随时间的变化。从基本模型的模拟结果分析可得,重金属纵向扩散速度明显高于横向扩散速度,经过10年、50年、甚至是500年时溶质的浓度锋变的越来越平缓,扩散的范围越来越大。增加控制条件雨水淋漓时,重金属在雨水的冲击下,在土壤中的浓度迁移范围增大,在土壤浅层机械弥散作用较强,随着土壤深度的增加,扩散作用占据了主导地位。在基本模型的基础上添加常年主导风向为控制条件时,土壤重金属的迁移扩散沿主导风向的方向偏移,将会引起土壤重金属迁移扩散规律的变化;随着时间的推移,土壤重金属沿着主导风向偏移更加明显,研究表明了多年以后主导风向下游居民的安全将可能会受到潜在的危害。最后,将模拟结果和实验结果对比,重金属的迁移扩散规律基本一致。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 重金属在土壤中迁移扩散的研究进展
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 重金属对土壤的污染现状
• 1.1.2 矿区周边土壤的重金属污染现状
• 1.1.3 土壤中重金属污染物迁移转化规律的研究现状
• 1.2 本章小结
• 2 研究背景及样品的采集
• 2.1 研究背景概况
• 2.2 研究目的和研究内容
• 2.2.1 研究目的
• 2.2.2 研究内容
• 2.3 研究方案与技术路线
• 2.3.1 研究方案
• 2.3.2 研究技术路线
• 2.4 渣样及周边土壤样品的采集
• 2.4.1 采样目的
• 2.4.2 采样时间与采样布点情况
• 2.4.3 采样量与采样份数
• 3 土壤重金属污染实验研究
• 3.1 污染因子的筛选
• 3.1.1 矿石样、渣样实验分析
• 3.1.2 分析结果
• 3.2 实验设计
• 3.2.1 腐蚀性分析实验方法
• 3.2.2 浸出毒性分析实验方法
• 3.2.3 全量分析实验方法
• 3.2.4 主要实验仪器、设备
• 3.2.5 主要试剂
• 3.3 腐蚀性鉴别分析
• 3.3.1 实验原理
• 3.3.2 分析结果
• 3.4 浸出毒性鉴别分析
• 3.5 样品的全量实验分析
• 3.6 本章小结
• 4 土壤溶质迁移扩散的基本原理
• 4.1 土壤的渗流与污染物迁移的概述
• 4.1.1 多孔介质的简介
• 4.1.2 多孔介质的基本性质
• 4.1.3 土壤的渗流
• 4.1.4 土壤溶质的运移
• 4.2 土壤溶质的迁移原理
• 4.2.1 对流作用
• 4.2.2 分子（或者离子）扩散
• 4.2.3 机械弥散
• 4.3 本章小结
• 5 土壤溶质运移模型的建立及参数设置
• 5.1 土壤溶质运移模型
• 5.1.1 土壤水分运动基本方程
• 5.1.2 溶质传输方程
• 5.2 模型建立的基本参数
• 5.2.1 土壤密度、比重和容重
• 5.2.2 土壤孔隙度
• 5.2.3 土壤吸附系数
• 5.3 边界条件的设置
• 5.4 本章小结
• 6 模型结果及分析
• 6.1 模拟结果及分析
• 6.1.1 只在重力作用下的模拟结果
• 6.1.2 在雨水淋漓作用下的模拟结果
• 6.1.3 在主导风向作用下的模拟结果
• 6.1.4 在重力、雨水淋漓、主导风向的共同作用下的模拟结果
• 6.2 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 研究结论
• 7.1.1 实验结果分析结论
• 7.1.2 数值模拟结果分析结论
• 7.2 实验研究的实际意义与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的专利申请
• C 作者在攻读硕士学位期间参加的科研情况