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胶体是指一些粒径范围在为1~1000nm的物质颗粒,如粘土矿物、金属氧化物、细菌、病毒和有机大分子等。胶体在地下环境中是普遍存在的。近年来的实验研究发现,胶体颗粒能够以类似于水相的速度运移。由于单位质量的胶体具有非常大的比表面积,其值高达300m2/g,因此胶体具有强吸附能力,能够作为低溶解度和放射性污染物的载体,影响污染物在含水介质中的迁移。Kretzschmar等指出胶体可以促进或阻滞重金属的迁移。Grolimund等通过室内土柱试验,发现胶体对强吸附污染物Pb2+的迁移具有促进作用。Markus等用土柱试验证实了胶体的存在促进了Cs在含水介质中的迁移。Jie等用土柱实验证实了胶体促进了Cs在Hanford沉积物和Ottawa沙中的迁移,对入水Cs浓度低的比浓度高的促进作用明显。Gerardo等用有、无胶体的土柱做对比试验,得出胶体对放射性污染物迁移具有促进作用的结论。Baek等通过实验得出了胶体的存在比无胶体情况下放射性污染物迁移的距离更远,且粒径小的胶体比粒径大的胶体使污染物迁移的距离更远的结论。目前,有关胶体对污染物迁移影响的研究大多集中在强吸附污染物和低溶解度污染物上,对高溶解度污染物如氨氮在含水介质中迁移影响的研究还较少。随着城市经济的不断发展,垃圾数量的增长也不断加快,城市垃圾淋滤液引起的地下水污染事故屡屡发生。高浓度的氨氮含量是垃圾淋滤液的重要水质特征。本文通过室内土柱实验,研究了胶体在含水介质中的迁移以及其对氨氮迁移的影响。研究结果为精确地描述胶体和氨氮在地下环境中的迁移以及防治滨海地区地下水污染提供了科学依据。
1材料与方法
1.1供试含水介质
本次实验土样选自天津平原区有代表性的细砂。土样经风干、过筛(30~50目)后,放入三角瓶中加蒸馏水震荡数次,以去除土样中的杂质和胶体颗粒,直到上清液的电导率和浊度与蒸馏水接近为止,然后将土样风干后备用。用比重瓶法测得土样的土粒密度为2.3g/cm3,容重为1.6g/cm3,孔隙度为0.314。
1.2胶体制备
将100g过60目筛后的天然粘土置于500mL烧杯中,随后加入200mL去离子水,搅拌均匀。用超声波分散,静置24h后,得到土壤胶体悬液,虹吸其上清液,将上清液过0.8μm的滤膜得到胶体储备液。通过重量法测定出胶体储备液的平均浓度为631mg/L。实验中所用胶体均由此胶体储备液稀释而成。
1.3室内土柱实验
1.3.1实验装置
实验装置采用自己装配的实验仪器,主要由供水箱、定水头装置、渗流柱和流出液测量系统组成,共5组。实验土柱采用内径为3cm、长10cm的有机玻璃柱,具有进水口和出水口,且进、出水口可以交换位置。定水头装置是带有进水口、出水口和泄水口的有机玻璃柱,其中在柱上端侧面打孔作为泄水口,起到定水头的作用,使柱内水位一定;定水装置由铁架台固定,铁架台可以调整水头高度;由于定水柱具有一定容积,在供水瓶供水不足时起到缓冲作用,使实验不至于失败。
1.3.2实验方法
用制备好的无胶体土样根据测试土体长度和容重算出装填土重,分段装填,边装填边扎实。土体两端用粒径为3~4mm的玻璃珠做垫层,玻璃珠在实验前用1:10的稀HNO3浸泡、清洗,以去除杂质,再用蒸馏水清洗数次至冲洗水浊度与蒸馏水接近为止。测试土体与垫层之间用尼龙网分开。土柱装好后,用胶皮管与定水头缓冲柱连接,用由胶体储备液配制的胶体浓度分别为70、160、265和630mg/L的胶体和500mg/LNH4Cl的混合溶液淋滤土柱,并用无胶体500mg/LNH4Cl溶液做对比。当出水流量为15mL时开始取样。取样后立即分析出水氨氮含量,同时记录水头差、取样时间、流出液体积和浊度;当出水氨氮含量稳定时,试验停止。
1.3.3胶体浓度的测定
根据浊度和胶体溶液浓度之间的相关关系,绘制胶体浓度-浊度标准曲线,然后根据标准曲线,通过测定溶液的浊度来计算该溶液的胶体浓度。
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