包气带黄土层中六价铬的分布运移规律试验研究及数学模拟

论文摘要

重金属污染中铬的污染受到普遍关注,土壤中的铬被作物吸收转化系数很低,它是金属元素中最难被吸收的元素之一,当土壤中铬含量提高时,植物体内的铬含量也相应提高,并通过食物链危害人类健康;存在于土壤中的铬随着灌溉用水向土壤深层运移,对地下水造成污染。本文通过室内土柱渗透试验,控制灌水量、示踪浓度、灌水后的时间及土层深度四个因子,探讨各因子与土壤中铬含量之间的关系,得出以下主要结论:(1)土壤中铬的含量与含水量的变化趋势相同,表明铬的迁移与水的迁移具有良好的协同性,随水流迁移过程中被黄土部分吸附,其吸附强度受控于溶质在水—土体系中的电化学平衡关系;作为示踪物的迁移介质,当示踪浓度一定时,土层中含水量越高,随水携带的铬离子越多,土层铬的吸持含量越高。(2)土壤中铬的含量随灌水量的增大而增大;同一浓度情况下,灌水量越大随水携带的铬离子越多,因此,同一土层厚度,土壤中的铬含量也就相对较大。(3)土壤中铬的含量随土层深度的增加而减小,试验结果表明,在这种非饱和灌溉条件下,土壤中的铬随水下移,被土壤吸附,由于黄土具有良好的吸附性,能对随水携带的铬离子进行充分吸附,只有当上层土壤来不及吸附或上层土壤达到吸附饱和的情况下,铬离子才会随水继续下移,由于下移的含水量相对减小并且大量的铬离子已被上层土壤吸附,致使下层土壤中铬的含量相对较小,整个剖面上铬的含量均呈下降趋势。(4)土壤中铬的含量随示踪浓度的增大而增大,表明高浓度的示踪剂可以为土壤提供充分的非饱和吸附量,因而随着示踪浓度的增加土壤中铬含量也会增加;当铬示踪浓度较高的情况下,Cr(VI)会在表层很快达到吸附饱和,随后吸附带会向下移,导致下层土壤受到污染,进而污染地下水。(5)土壤中铬含量随灌水后时间的增加而增加,这是因为灌水后的时间越长土壤与铬离子之间的化学反应越充分,铬离子能被土壤充分吸附,致使土壤中铬的含量增大。(6)水和铬的运移通量整体变化趋势是随着土层深度的增加而逐渐递减;灌水量越大水和铬的运移通量也就越大,在10cm到30cm之间水和铬的运移通量相差较大,越到深层运移通量之间的差距越小,随着灌水后时间的增加铬的运移通量越小;运用DPS数据处理系统,建立了土壤中铬含量与灌水量、示踪浓度、土层深度、灌水后的时间之间的综合模拟方程,用综合模型模拟各单因素对土壤中铬的含量的影响,模拟值与实测值之间相差很小,模拟值的变化趋势与实测值变化趋势一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 论文的目的与研究意义
• 1.2 铬在环境中的分布及特点
• 1.2.1 铬的地球化学特征
• 1.2.2 铬存在形态及迁移转化
• 1.2.3 铬在土壤中迁移转化的热力学基础
• 1.2.4 铬的有效性及其对生物的影响
• 1.2.5 铬的相关应用标准
• 1.3 关于铬污染国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外的研究现状
• 1.4 黄土的物理结构及水理特性
• 1.4.1 黄土的结构特征
• 1.4.2 黄土的水理特性
• 1.5 本章小结
• 第二章 试验的材料与方法
• 2.1 试验区概况
• 2.2 供试土样
• 2.3 试验方法与步骤
• 2.3.1 主要仪器
• 2.3.2 主要试剂
• 2.3.3 试验原理
• 2.3.4 样品测定方法
• 2.4 研究内容
• 第三章 铬示踪剂在黄土层中的运移机制
• 3.1 试验设计方案
• 3.2 试验结果与分析
• 3.2.1 水分对黄土铬吸附量的影响
• 3.3.2 土壤铬含量随土层深度的变化
• 3.2.3 铬污染液示踪浓度对土壤中铬含量的影响
• 3.3.4 运移对土壤中铬含量的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 土壤水、铬的运移通量分析及铬时空分布的数学模拟
• 4.1 土壤水分运动通量法
• 4.1.1 土壤水分运移通量分析
• 4.1.2 铬的运移通量分析
• 4.2 试验条件下黄土层中铬含量时空分布的数学模拟
• 4.2.1 综合模型的确定
• 4.2.2 数学模型的拟合
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 研究结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介