腐殖酸-高岭石胶体对铀(Ⅵ)在饱和多孔介质中迁移过程的影响

为探讨可溶性有机质存在条件下黏土矿物胶体对铀(Ⅵ)在饱和多孔介质中迁移的影响,选取2种石英砂(细砂和粗砂)分别构建均质构型的石英砂柱,研究了饱和水流条件下腐殖酸存在时高岭石胶体对铀在2种不同粒径石英砂中迁移的影响。结果表明,示踪溶质在2种均质石英砂柱中的穿透曲线相似且分布对称。当在石英砂柱中只通入铀(Ⅵ)溶液时,铀(Ⅵ)在2种粒径石英砂柱中的穿透量均较小(25%),此时大量的铀(Ⅵ)通过络合作用吸附在石英砂表面上。当通入溶液中存在腐殖酸和高岭石胶体时,铀(Ⅵ)在2种石英砂柱中的穿透量增加,且在600～850μm石英砂中(58.36%)比250～425μm石英砂中(42.68%)穿透量更多。这充分表明腐殖酸—高岭石胶体和石英砂粒径是影响铀(Ⅵ)在地下环境中迁移的重要因素。     

腐殖酸-高岭石胶体对铀(VI)在饱和多孔介质中迁移过程的影响

为探讨可溶性有机质存在条件下黏土矿物胶体对铀（VI）在饱和多孔介质中迁移的影响,选取2种石英砂（细砂和粗砂）分别构建均质构型的石英砂柱,研究了饱和水流条件下腐殖酸存在时高岭石胶体对铀在2种不同粒径石英砂中迁移的影响。结果表明,示踪溶质在2种均质石英砂柱中的穿透曲线相似且分布对称。当在石英砂柱中只通入铀（VI）溶液时,铀（VI）在2种粒径石英砂柱中的穿透量均较小（<25%）,此时大量的铀（VI）通过络合作用吸附在石英砂表面上。当通入溶液中存在腐殖酸和高岭石胶体时,铀（VI）在2种石英砂柱中的穿透量增加,且在600~850 μm石英砂中（58.36%）比250~425 μm石英砂中（42.68%）穿透量更多。这充分表明腐殖酸—高岭石胶体和石英砂粒径是影响铀（VI）在地下环境中迁移的重要因素。     

不同钠吸附比含水介质渗透性损失的胶体效应

该文采用室内土柱试验研究不同钠吸附比条件下天然胶体在滨海含水介质中迁移-沉积特征,分析胶体迁移过程中含水介质渗透性变化特征,并通过表征胶体的粒度、ζ电位和电泳淌度来探讨含水介质渗透性变异的机理。研究结果表明,胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,当水溶液钠吸附比（SAR）=0、2.85和∞时,总沉积率分别为50.96%、87.95%和54.24%。随着钠吸附比的增加,出水胶体平均粒径变小,当进水溶液SAR =0、2.85和∞时,出水胶体平均粒径分别在166.1～1?595.9、578.6～2?082.7和436.4～751.8 nm;胶体的ζ电位、电泳淌度均为负,出水胶体ζ电位和淌度绝对值随钠吸附比增大而增大。进水SAR值越大,含水介质渗透性损失越小;当进水溶液SAR=0、2.85和∞时,含水介质渗透性损失分别为99.0%、97.3% 和38.0%,胶体在迁移过程中发生的沉积作用导致含水介质渗透性降低。     

几种物理因素对四氧化三铁纳米颗粒在有机质存在条件下的饱和多孔介质中迁移持留行为的影响

近些年来,环境研究者对纳米颗粒的迁移性进行了部分研究,但是对环境稳定性低、反应活性高的金属氧化物工程纳米颗粒在多孔介质中的运移沉积行为的系统探讨还很不足,尤其是对其在有机质（NOM）存在条件下迁移行为的了解非常有限。本研究选用四氧化三铁磁纳米颗粒（MENPs）作为研究对象,采用填充柱淋溶实验法,对其在饱和多孔介质中的迁移持留行为展开探讨,其目的是考察几种主要介质环境物理因素对其在天然有机质存在条件下的纵向淋溶过程及其在介质中持留量的影响作用。结果显示,不利吸附条件下的MENPs集聚体在多孔介质中的吸附持留及迁移性能取决于多种合力的作用效果。其中,孔隙水流速增大时,MENPs在多孔介质中的迁移性增强,持留性减弱,持留MENPs在介质中的逐层分布随孔隙水流速改变而变化;而且,MENPs在多孔介质中的迁移持留性与介质颗粒的表面物理性质也有关,天然有机质的存在一定程度上可以改善石英砂表面的异质性。另外,介质颗粒粒径大小也是影响MENP-介质间持留机制的重要因子。当多孔介质颗粒粒径大小改变时,MENPs穿透曲线及持留分布曲线随之变化明显,MENPs的吸附沉积机制也相应有所不同。     

孔隙水流速对胶体在饱和多孔介质中运移的影响

采用室内石英砂柱出流实验和数学模型,研究了流速对自然土壤胶体、蒙脱石胶体和腐殖酸钠胶体在饱和多孔介质中运移的影响。结果表明:孔隙水流速影响着胶体在多孔介质中的运移过程,流速的提高可加速土壤胶体的出流过程,减小蒙脱石胶体和腐殖酸钠胶体的沉积率。胶体的运移过程除受孔隙水流速的影响外,胶体特性的不同亦决定着胶体运移过程的差异,由于胶体表面性质不同,与介质之间的作用力不同,决定了胶体运移过程中的沉积和释放。     

生物膜和土壤矿物对人工纳米颗粒在饱和多孔介质传输的影响

本文探究了人工纳米颗粒(NPs)在饱和多孔介质中的传输规律和影响机制，重点阐明生物膜和土壤矿物对纳米颗粒传输的影响及其机制。结果表明，在干净的石英砂介质中，不同种类和粒径NPs的传输效率具有明显差异，不同种类NPs传输效率表现为ZnO> CeO2>Fe2O3；对于报告粒径在20～100 nm之间的CeO2 NPs，粒径的增加有助于其在多孔介质的传输。溶液离子强度的增大会降低Zn O NPs的传输，而NPs浓度的增大不利于其在饱和多孔介质的传输，传统的DLVO理论能够很好地解释NPs在无涂层饱和多孔介质中的传输。生物膜和土壤矿物均能抑制纳米颗粒在饱和多孔介质的传输，其主要通过对纳米颗粒的吸附和异质聚集作用影响纳米颗粒的传输，非DLVO相互作用以及介质涂层的表面特性对增强纳米颗粒沉积有很大贡献。     

土壤胶体在不同饱和度土壤介质中的释放与淋溶行为研究

采用饱和与非饱和填充土柱纵向淋溶研究方法,结合对流弥散模型方程（CDE）对穿透曲线的拟合计算,全面考察了土壤介质水饱和度、土壤水pH/离子强度、土壤孔隙水流速和土壤胶体颗粒大小对天然土壤胶体在实际土壤介质中释放、沉积迁移行为的影响。分别获取胶体扩散系数和阻滞因子值,定量说明实验中水化学、水动力学等条件的作用影响力。结果显示,介质不饱和条件不利于胶体的释放和淋溶;高pH和低离子强度条件对土壤胶体释放与迁移有利;淋溶过程的间断干扰,可以促使土壤胶体的增量淋溶释放;淋溶强度及胶体颗粒粒径大小,能够影响胶体穿透时间和穿透浓度峰值大小。     

饱和多孔介质中高岭石胶体和SiO2胶体运移行为比较

胶体在多孔介质中的运移行为不仅取决于胶体本身的性质,同时还受到溶液离子强度、孔隙水流速等物理、化学因素的影响。本文通过室内饱和石英砂柱出流实验,探讨了高岭石胶体(Kaolinite胶体)和SiO2胶体在不同离子强度(0.001 5,0.01和0.03 mol L-1)和平均孔隙流速(约20和5 cm h-1)作用下的迁移行为。结果表明,随溶液离子强度增加,Kaolinite胶体和SiO2胶体的沉淀量增加;平均孔隙水流速的增加则会促进Kaolinite胶体和SiO2胶体的运移。同时还表明,离子强度和流速变化对粒径较大的Kaolinite胶体运移的影响要显著大于SiO2胶体。研究结果有助于加深胶体对污染物运移的促进机制的理解,同时对全面、客观评价地下环境的污染风险具有一定的指导意义。     

三峡水库消落带土壤胶体释放与迁移特征

三峡水库消落带是库区陆源污染物进入水库的最后屏障。高强度、周期性的干湿交替对消落带土壤理化性质、结构和可蚀性产生潜在影响,进而影响胶体颗粒的释放和迁移特征。探究消落带土壤胶体的释放与迁移行为是衡量胶体促进污染物迁移入库的重要前提。该研究对比消落带与非消落带土壤,通过原状土柱淋洗试验,研究饱和流中土壤胶体释放及迁移特征。结果表明,消落带原状土柱饱和淋洗液中胶体颗粒浓度先总体快速降低（184.58～28.04 mg/L）再缓慢增加（21.18～97.58 mg/L）,存在较大的时间变化（变异系数为0.46）。胶体颗粒累计释放量为714.43 mg,比非消落带土柱高34.4%,而淋洗液的峰值粒径（13.25～19.90 μm）和中值粒径（14.98～22.90 μm）均远远小于非消落带土柱的相应值,表明反复淹水-排干作用导致消落带土壤中胶体及细颗粒的释放和迁移潜力增大。溶解性有机碳（DOC,Dissolved Organic Carbon）是影响消落带饱和土壤中胶体释放的关键因子,对胶体浓度动态变化的解释率高达42.3%,而水化学因素（EC、Ca2+及Mg2+）对非消落带土壤中胶体颗粒的释放影响相对更大。在消落带管理中,应注意减控DOC的流失,以减少消落带土壤胶体颗粒的释放,同时建议加强消落带土壤DOC来源及其与胶体偶合并促进污染物如农化物质迁移进入库区水体的研究。     

孔隙空间对聚苯乙烯胶体滞留与释放的影响

为加深孔隙空间对胶体运移影响的认识,在不同pH与离子强度下,研究了胶体在经酸洗或水洗后的玻璃珠或石英砂中的迁移行为。结果表明:粒径相同的玻璃珠与石英砂(0.45~0.60mm)相比,形状一致的玻璃珠形成的孔隙空间(孔隙率0.38)小于石英砂(0.45)。酸洗与水洗后的玻璃珠表面成分变化不大(0~0.6%),经酸洗的介质后能提供更多有利吸附位点。在高pH(10)环境下,石英砂经酸洗或水洗后,胶体滞留量增大(72.1%和69.2%)。提高溶液pH到10后出现的胶体吸附增加,是颗粒接触点、非流动区或低流速区和涡流区滞留等孔隙空间滞留机制引起的,用DLVO理论无法解释。在离子强度为0.001mol/L或0.05mol/L环境下,酸洗石英砂中胶体滞留量比酸洗玻璃珠的分别高16.3%和28.0%,表明介质孔隙空间增大可加强颗粒接触点、非流动区或低流速区和涡流区滞留,然而优先流能够削弱孔隙空间滞留机制对胶体的滞留。此外,超纯水解吸时仅使少量胶体(3.9%)从玻璃珠与石英砂介质的孔隙涡流区中解吸出来,表明涡流区对胶体的保留不是胶体滞留在介质中的主要机制。     

Retention and Transport of PAH-Degrading Bacterium <Emphasis Type="Italic">Herbaspirillum chlorophenolicum</Emphasis> FA1 in Saturated Porous Media Under Various Physicochemical Conditions

Dispersal of functional microorganisms is a rate-limiting process during in situ bioremediation of contaminated soil and groundwater. In this work, series of column experiments were conducted to investigate the retention and transport behaviors of Herbaspirillum chlorophenolicum FA1, a promising bacterial agent for bioremediation, in saturated porous media under conditions of different combinations of grain size, solution pH, solution ionic strength (IS), and humic acid (HA) concentration. Experimental data showed that the mobility of FA1 in saturated porous media was strongly dependent on the physicochemical conditions. The breakthrough curves (BTCs) indicated that the amounts of FA1 in the effluent increased with increasing in sand size, solution pH, and HA concentration, but decreased with increase of solution IS. The shape of retention profiles (RPs) was hyper-exponential. The amounts of retained bacteria in the media also varied with the experimental conditions with opposite trends to that of effluent. Both experimental BTCs and RPs were simulated by a mathematical model that accounted for deposition kinetics to better interpret the effects of physicochemical conditions on FA1 deposition dynamics. Findings from this study showed that fate and transport of the functional bacterium FA1 in porous media strongly relied on the environmental conditions. Both experimental and modeling results can provide guidelines for field application of functional bacteria for soil and groundwater remediation.     

氧化石墨烯和五价砷在改性多孔介质中的共迁移特征

砷是农田土壤重金属污染的主要元素之一,在砷污染农田土壤的修复过程中往往忽视纳米颗粒能够使结合态的砷重新释放,导致有效态砷浓度升高,探究土壤中黏土矿物对氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)和五价砷(As(V))在多孔介质中迁移行为的影响,对进一步完善农田土壤砷修复理论以及提高农作物产量、保护人体健康具有重要意义。该研究利用蒙脱石和高岭石改性石英砂,通过砂柱迁移试验系统地研究了GO、As(V)和GO-As(V)在填加0%、10%、30%和50%的蒙脱石和高岭石改性石英砂柱中的迁移行为。研究结果表明,随着高岭石和蒙脱石改性石英砂填加比例的增加,GO和As(V)的迁移能力均呈降低趋势,且GO和As(V)在不同条件下的迁移曲线均存在显著差异(P<0.05);GO在50%高岭石和蒙脱石改性石英砂柱中的回收率相对于石英砂柱分别下降了14%和17%,As(V)分别下降了15%和12%;在共迁移试验中,GO和As(V)在石英砂柱中回收率分别上升至99%和100%。分析表明,As(V)在蒙脱石改性石英砂柱中的迁移能力大于高岭石改性石英砂,而GO与之相反;当GO和与As(V)共迁移时,二者...     

红壤丘陵区坡地土壤颗粒组成的空间分布特征研究

通过分析红壤丘陵区农田坡面14个0~100 cm剖面的土壤颗粒组成,结合研究区土壤侵蚀等相关资料,拟阐明坡面尺度土壤砂粒、粉粒和黏粒含量的空间分布特征,揭示自然条件下土壤颗粒组成在水平和垂直方向上的分布规律。结果表明:坡面尺度土壤砂粒、粉粒和黏粒均呈现出中等的空间异质性,变异系数分别介于17.6%~23.2%、10.7%~15.8%和13.5%~17.0%。由于粗颗粒的沉积,花生地和橘园地均表现出坡下的砂粒含量显著高于坡上和坡中(P0.05),黏粒含量坡下显著低于其他坡位(P0.05);由于黏粒更容易随入渗过程向深层运动,两种植被类型均表现出土壤砂粒含量随深度增加而降低(P0.05)、黏粒含量随深度增加而增加的趋势(P0.05)。无论在水平方向还是垂直方向上,粉粒含量均无明显变化规律(P0.05)。砂粒含量随坡位和土壤深度的变化程度均大于粉粒和黏粒。植被类型及相应的耕作制度影响土壤颗粒的分布,土壤砂粒在水平方向上的运动在花生地表现得强于橘园地;橘园地土壤黏粒含量在垂直方向上的迁移速率大于花生地,而对粉粒含量的分布规律影响不大。     

生物炭颗粒在饱和多孔介质中的迁移与滞留

生物炭在实际生产实践中具有许多潜在的农业和环境效益,因此受到了越来越多的关注。生物炭在多孔介质中的迁移不仅会影响它在土壤中的归趋,还可能会影响微生物群体及土壤有机质的动态变化以及被吸附的污染物对环境的影响。实验通过柱实验研究了微米级生物炭颗粒在饱和多孔介质中的迁移和滞留特性,主要选取了四种影响生物炭迁移的潜在因素:原材料、裂解温度、背景溶液pH值和离子强度。实验结果显示微米级生物炭在饱和多孔介质中具有一定的迁移能力,但是大部分的微米级生物炭会滞留在饱和多孔介质的表面和孔隙间。生物炭的制备原材料对于生物炭的表面电势特性有较大影响,从而影响了微米级生物炭在饱和多孔介质中的迁移能力。热解温度越高,生物炭的表面电势越大,迁移能力越弱。随着背景溶液离子强度增加和pH值减小,微米级生物炭颗粒在多孔介质中滞留增加,迁移能力减弱。     

渭河河床沉积物颗粒组成对渗透系数的影响

正确认识河流沉积物颗粒组成与渗透系数之间的关系,对于准确测算河床渗透系数具有重要的意义。以渭河关中段为研究对象,采用水头下降竖管渗透实验法对渭河关中段4个河段的43个点位做渗透系数的原位测定,获取各点位的垂向渗透系数(Kv)值。对测定点的沉积物样品进行了粒度分析,并进一步分析了Kv与沉积物颗粒组成之间的相关关系。结果表明,垂向渗透系数与其沉积物的含砂量以及砂土与黏土含量比值均呈指数正相关,与黏土率呈指数负相关。研究获得的垂向渗透系数与沉积物颗粒组成的拟合方程为通过颗粒分析计算垂向渗透系数提供了依据。     

SOME ASPECTS OF THE HYDRODYNAMIC DISPERSION OF SOLUTES IN POROUS MATERIALS

The paper reviews some quantitative aspects of the hydrodynamic dispersion of solute that occurs under the combined influence of molecular diffusion and convection when a solution flows through a porous material. In particular, the paper (i) describes several methods of analysing the breakthrough curve of one solution as it displaces another from- a column of porous material to yield a coefficient of hydrodynamic dispersion (K); (ii) discusses the form of K as a function of particle size and fluid velocity in granular beds composed of solid particles or of aggregates; (iii) discusses the effect of K on the dispersion observed in a column of porous material, as fluid velocity and particle size vary, as an aid in assessing the efficiency of leaching.     

微灌砂石过滤器滤层泥沙的沉积与迁移特征

为探明泥沙颗粒在砂石过滤器滤层中沉积与迁移的规律,选用3种粒径（>0.90～1.25、>1.25～1.60、>1.60～2.00 mm）的石英砂作为滤料,通过滤柱模型开展0.4‰的浑水过滤试验,分析滤层沉积与迁移的泥沙质量、泥沙粒度分布以及过滤时的水力性能。结果表明：过滤过程3种滤柱泥沙截留率分别为 97.08%、94.53%、90.50%,滤后水均满足微灌水质要求,但构成砂滤柱的滤料粒径越大,泥沙在滤层中分布越均匀。各砂滤层截留泥沙的粒径分布宽度自上向下分别为1.86、3.37、4.12、4.21,随滤层深度增加,截留泥沙颗粒粒径减小;在>0.90～2.00 mm 范围内,随滤料粒径增大,更多的细颗粒泥沙可以随水流排出过滤器,但中砂与粗砂全部截留在滤层中。综上,3种砂滤柱过滤效率的差异主要体现在小粒径泥沙截留量上,而在满足微灌水质标准的情况下,该部分小颗粒泥沙并不会使灌水器流道产生物理堵塞。同时,根据流速与压强分析得,大粒径的砂滤柱不仅流速稳定,压强升高较慢,而且纳污能力强。因此,在滤后水满足微灌水质的情况下,应当优先采用大粒径滤料,这样不仅可以提升过滤效率,而且节能省材。研究结果对砂石过滤器滤料粒径及滤层高度的优化具有重要意义。     

浑水渗流对粗粒土渗透特性的影响

粗粒土常常作为农业水土工程、水利工程和土壤特性改良工程的重要材料和载体,在浑水渗流作用下,其特性的变化对工程应用有重要影响。该研究推导了浑水渗流作用下,圆管中粗粒土渗流计算式,并采用自制装置系统分析了浑水渗流作用下粗粒土的渗透特性,探讨了粗粒土的水力梯度、渗透系数、渗流量以及孔隙填充率的变化规律,并将推导的理论式与试验结果进行对比验证。结果表明：在水力、几何条件均满足的前提下,浑水在粗粒土中的渗流可分为3个阶段,分别是细颗粒运移畅通阶段（阶段1）,孔隙堵塞和运移并存阶段（阶段2）和粗粒土顶部淤积分层阶段（阶段3）,粗粒土在各阶段表现出不同的渗透和物理特性;粗粒土渗透特性主要受到浑水浓度和水头的影响,随着浓度和水头的增大,浑水中细颗粒在粗粒土中的运移、堵塞和淤积会加剧,粗粒土整体的水力梯度会增大,而渗透系数会逐渐减小;粗粒土的不均匀系数是影响浑水渗流过程的重要因素,不均匀系数越大粗粒土内部孔隙率就越小,细颗粒运移的通道越不畅通,更容易发生堵塞和淤积;随着水头的增大,在较大渗透力的作用下细颗粒的运移会更容易,但也加快了内部堵塞和顶部淤积的速度,细颗粒持续向下运移的距离也会减小;随着浑水浓度的增大,粗粒土顶部的孔隙会快速沉积、封堵,细颗粒运移速度和距离都会被削弱;试验完成后,粗粒土柱沿着渗流路径方向自上而下孔隙率逐渐较小,在0～5 cm范围内下降梯度最大,5～20 cm范围下降趋缓。研究结果揭示了浑水渗流作用下粗粒土抗渗透特性的变化规律,为浑水渗流和工程应用提供理论支持。     

2︰1和1︰1型黏土矿物胶体凝聚中Hofmeister效应的比较研究

土壤胶体是土壤具备肥力与生态功能的物质基础,土壤胶体凝聚与分散影响着土壤中一系列微观过程和宏观现象。采用动态光散射技术比较研究三种碱金属阳离子(Li+、Na+、K+)引发不同类型黏土矿物(2︰1型蒙脱石和1︰1型高岭石)胶体凝聚中的Hofmeister效应。研究发现,Li+、Na+、K+作用下蒙脱石、高岭石胶体的凝聚速率、临界聚沉浓度及活化能都存在明显差异,表现出强烈的Hofmeister效应。当电解质浓度为20 mmol·L–1时,K+引发蒙脱石胶体凝聚的速率为66.61 nm·min–1,远高于Na+、Li+引发蒙脱石胶体凝聚速率(5.93、4.41 nm·min–1);而与之对应的临界聚沉浓度则呈现K+(蒙脱石21.8 mmol·L–1、高岭石34.6 mmol·L–1)低于Na+(蒙脱石57.6 mmol·L–1、高岭石85.8 mmol·L–1)低于Li+(蒙脱石81.8 mmol·L–1、高岭石113.9 mmol·L–1)规律,胶体凝聚中活化能可合理解释此现象。电解质浓度为25 mmol·L–1时,Li+、Na+、K+引发蒙脱石、高岭石胶体凝聚的活化能分别为1.97 kT、1.43 kT、0 kT和2.94 kT、1.71 kT、0.49 kT,说明蒙脱石、高岭石胶体凝聚过程中Hofmeister效应序列均为Li+相似文献