赤泥渗滤液中的Cr(Ⅵ)在压实粘土衬垫中运移规律研究

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当赤泥堆场的人工防渗层(土工布、HDPE膜)发生破损或失效时,赤泥堆场的渗滤液将直接渗入压实粘土衬垫中,进而对土壤以及地下水系统造成二次污染。因此,研究赤泥渗滤液中六价铬(Cr(Ⅵ))在压实粘土衬垫中的运移规律,防止Cr(Ⅵ)进一步渗漏至地下水中是很有必要的。目前国内外对垃圾渗滤液的防渗做了大量研究,但是对于强碱性赤泥渗滤液污染物在防渗层中的运移规律研究较少,特别是其对压实粘土衬垫的防渗性能影响研究略有不足。论文选取了膨润土作为压实粘土衬垫材料,渗滤液取自某赤泥堆场,并分别分析了赤泥渗滤液和压实粘土衬垫的理化性质;通过渗透试验和电镜扫描研究了赤泥渗滤液对压实粘土衬垫渗透特性的影响和侵蚀过程;通过土柱试验,研究了压实粘土衬垫对赤泥渗滤液中Cr(Ⅵ)的阻滞效果;最后建立数学模型,运用Hydrus-1D进行求解,分析了赤泥渗滤液中的Cr(Ⅵ)在压实粘土衬垫中的运移规律。论文研究成果如下:(1)赤泥渗滤液p H值为12.6,渗滤液中Na元素浓度最高,浓度为12500mg/L,其次是Al、S、K、B、Si,含有重金属Cr(Ⅵ)、Ga,其中Cr(Ⅵ)浓度为1.76mg/L。渗滤液中的Al以Al(OH)4-的形态赋存。(2)赤泥渗滤液作为渗透溶液,压实粘土衬垫的渗透系数为5.43×10-11m/s,符合《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB18599-2020)Ⅱ类场中压实粘土饱和渗透系数小于等于1.0×10-7cm/s的防渗要求。通过电镜扫描和能谱分析,赤泥渗滤液溶解了压实粘土,对压实粘土的固体骨架侵蚀程度较大,而压实粘土吸附了赤泥渗滤液中的Cr。通过分析压实粘土在赤泥渗滤液渗透前后的渗透系数、微观结构、表面元素,赤泥渗滤液与压实粘土之间的化学相容性较差。(3)通过土柱试验,穿透时间达到146d时流出液中Cr(Ⅵ)浓度达到初始浓度的93%,赤泥渗滤液中Cr(Ⅵ)完全穿透压实粘土衬垫需要较长时间,压实粘土衬垫对赤泥渗滤液中的Cr(Ⅵ)阻滞效果较好。Logistic穿透模型、Thomas模型和Yoon-Nelson模型能够较好的拟合其穿透过程。运用Visual MINTEQ模拟粘土在不同p H值下对Cr(Ⅵ)的吸附,在碱性条件下,粘土对Cr(Ⅵ)的吸附效果较好,说明压实粘土衬垫通过吸附作用能有效阻截赤泥渗滤液中的Cr(Ⅵ)向下运移,从而对土柱试验中压实粘土衬垫对Cr(Ⅵ)的阻滞效果进行了验证。(4)运用水环境模拟软件(Hydrus-1D)对Cr(Ⅵ)在压实粘土衬垫中的运移进行模拟,在7813d(21.4a)时,压实粘土衬垫底部渗出的Cr(Ⅵ)含量为0.0498 mg/L,根据《地下水质量标准》(GB/T14848-2017),地下水质量Ⅲ类水的Cr(Ⅵ)最高允许浓度为0.05 mg/L,当运移时间超过7813d时,压实粘土衬垫底部渗出的Cr(Ⅵ)含量将高于标准限值,此时压实粘土衬垫失效。
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