1、1飽和多孔介質中伊利土膠體絮凝堆積的物理化學影響機制指點教師：林國慶 擔任人：邱麗霞 小組成員：劉芳 婁晶2摘要實驗安裝實驗結果結論 資料 與 方法3摘要 膠體顆粒在多孔介質的運移過程中，水動力、水化學條件改動，容易使膠體絮凝堆積，以致顆粒尺寸增大，孔隙堵塞,進而引起含水層浸透性降低。本文采用動水絮凝砂柱實驗來研討動水絮凝與水化學條件、水動力學條件之間的內(nèi)在聯(lián)絡。實驗向無膠體砂中通入不同離子強度類型，1g/L的原位伊利土懸浮液，測定流出液顆粒濃度變化，計算總截留量和砂柱截留分布情況。結果闡明，電導率越高膠體顆粒截留量越大；一樣電導率的懸浮液NaCl比KCl膠體顆粒截留量小；滲流速度越大，膠體顆

2、粒截留量越小。實驗得出，水化學要素、水動力學要素是影響膠體截留量的主要要素。4實驗安裝圖1 實驗安裝簡圖Fig. 1 Schematic diagram of the experimental set-up1-砂柱；2-取樣口；3-蠕動泵；4-攪拌器；5-三通閥門；6-橡皮塞；7-任務臺；8-量筒5含水層砂樣 采樣大沽河下游 除雜自然風干篩分超聲清洗實驗資料6伊利土0.00.51.01.52.02.50.00.51.01.52.02.5 濃度吸光度濃度（g/L）y=1.1794xR2=0.9996試驗材料圖2 顆粒濃度和吸光度的關系曲線咸淡水驅替法：海水飽和蒸餾水驅替離心、烘干Fig. 2 R

3、elative curves between particles concentration and adsorption7伊利土試驗材料流出液成分圖14%3%8%13%62% 伊利石 高嶺石 蒙脫石 綠泥石 非粘土性物質圖3Fig. 3 The composition of effluent8實驗方法將0.25-0.5mm無膠體砂等容重裝入長度為20cm,內(nèi)徑為2.8cm的有機玻璃柱中，邊裝邊敲砂柱的外壁 , 使所裝砂樣堅持均勻和密實 , 按實踐容重裝柱，砂柱程度放置在固定架上，以消除重力影響。將砂柱與保定LEAD-1保定蘭格蠕動泵相銜接，在給定滲流速度8.0rad/min條件下通入電導率為

4、5000s/cm的NaCl溶液，直至流出液流量到達穩(wěn)定；將通入溶液換成電導率為5000s/cm、1g/L的伊利土膠體溶液懸浮液用磁力攪拌機攪拌，以保證通入的懸浮液物理化學性質穩(wěn)定，從開場通入膠體懸浮液時開場計時，每隔1min取一次樣取樣時間1min，測定砂柱流出液的體積和吸光度；一小時后將通入溶液換回電導率為5000s/cm的NaCl溶液，直至流出液廓清，計算流出液吸光度和總體積；將通入溶液換為蒸餾水，直至流出液廓清，計算流出液吸光度和總體積；將砂樣等量推于四個250mL燒杯中，各參與150mL蒸餾水，悄然攪拌，測其上清液吸光度，然后將砂樣烘干，經(jīng)過質量差得到各個燒杯懸浮液的質量，算出各部分無

5、膠體砂對膠體的截留量。9實驗結果 -蒸餾水截留實驗 多孔介質構造本身對運移的懸浮膠體顆粒會呵斥一定量的截留比例，本實驗條件下，多次實驗得出多孔介質截留百分比約為11%圖4 粘土膠體流出液顆粒濃度變化曲線01020304050600.00.20.40.60.81.0顆粒濃度（g/L）時間（min）Fig.4 Variation of three colloid particles concentration in leach effluent10實驗結果 -動水絮凝實驗 膠體懸浮液的離子強度越大，流出液的顆粒濃度穩(wěn)定值越小，但顆粒濃度出現(xiàn)突變的時間大致一樣。01020304050600.00.1

6、0.20.30.40.50.60.70.80.91.0顆粒濃度（g/L）時間（min） 蒸餾水 1000 2000 3000 4000 5000圖5 離子強度與流出液顆粒濃度變化關系圖Fig.5 particle concentrations and ionic strengths of the effluent 絮凝吸附截留堆積孔隙堵塞&11實驗結果 -動水絮凝實驗滲流速度越大，流出液顆粒濃度穩(wěn)定值越大，膠體顆粒截留量越少。滲流速度越大，絮凝顆粒遭到的水力作用越大，已絮凝的顆粒越容易釋放，隨溶液流出，截留量減少。圖6 滲流速度與流出液顆粒濃度變化關系圖Fig.6 particle c

7、oncentration of the effluent and seepage velocity01020304050600.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9顆粒濃度（g/L）時間（min） 1.03cm/min 1.17cm/min 1.31cm/min12實驗結果 -動水絮凝實驗010002000300040005000020406080100截留百分比%離子強度s/cm11.350.475.0376.8378.9684.8210002000300040000510152025303540截留百分比%離子強度s/cm 0-5cm 5-10cm 10-15cm 15

8、-20cm圖7 離子強度與顆?？偨亓舭俜直汝P系圖Fig.7 ionic strength and the total percentage of colloid straining within porous media 圖8 離子強度與膠體顆粒截留百分比關系圖Fig.8 ionic strength and the percentage of colloid straining within porous media13實驗結果 -動水絮凝實驗 實驗發(fā)現(xiàn)動水絮凝實驗顆粒總截留百分比要比蒸餾水截留實驗高出很多，且總截留百分比隨著伊利土懸浮液離子強度的升高而升高。 離子強度越高，膠體顆粒在水動力

9、學條件下發(fā)生碰撞的頻率越高、絮凝堆積時間越短，越難被釋放。膠體顆粒發(fā)生絮凝后顆粒本身尺寸增大、外形改動，在運移過程中更容易被孔隙構造捕獲，呵斥堵塞，使得孔隙內(nèi)徑變小，故會有更多的顆粒被捕獲，使得截留量越來越大。14實驗結果 -動水絮凝實驗 實驗發(fā)現(xiàn)動水絮凝實驗顆粒總截留百分比要比蒸餾水截留實驗高出很多，且總截留百分比隨著伊利土懸浮液離子強度的升高而升高。 離子強度越高，膠體顆粒在水動力學條件下發(fā)生碰撞的頻率越高、絮凝堆積時間越短，越難被釋放。膠體顆粒發(fā)生絮凝后顆粒本身尺寸增大、外形改動，在運移過程中更容易被孔隙構造捕獲，呵斥堵塞，使得孔隙內(nèi)徑變小，故會有更多的顆粒被捕獲，使得截留量越來越大。1

10、5實驗結果 -動水絮凝實驗用不同離子強度的伊利土懸浮液進展實驗，砂柱的第四段15-20的截留量均是最多的，且隨著電導率的添加，第四段的截留量占總截留量的比例也隨之添加，但是砂柱前面各個長度的截留量相差不大。在水動力和水化學條件共同作用下，伊利土膠體在砂柱中會閱歷絮凝-釋放-遷移-堆積的過程，其中釋放主要是由于水流水力作用的影響。10002000300040000510152025303540截留百分比%離子強度s/cm 0-5cm 5-10cm 10-15cm 15-20cm16實驗結果 -動水絮凝實驗 圖9 氯化鉀膠體懸浮液不同離子強度條件下流出液顆粒濃度變化規(guī)律 Fig.9 Particl

11、e concentration of the KCl effluent under different ionic strength01020304050600.00.10.20.30.40.50.60.7濃度（g/L）時間（min） 電導率1000 電導率2000 電導率300001020304050600.000.010.020.030.040.050.060.070.08濃度（g/L）時間（min）電導率3000實驗結果 -動水絮凝實驗對比圖9和圖4可知，當懸浮液中陽離子為Na+時，流出液的穩(wěn)定顆粒濃度隨著離子強度的添加而降低。但是懸浮液中陽離子為K+時，只需離子強度為1000s/cm時

12、的流出液顆粒濃度變化規(guī)律以及最終穩(wěn)定濃度與KCl懸浮液較為接近，其他離子強度條件下的流出液顆粒濃度變化那么呈現(xiàn)一種新的規(guī)律。當離子強度為4000、5000s/cm的氯化鉀電解液時，在實驗時間1h內(nèi)，顆粒完全被截留在多孔介質中，沒有任何顆粒釋放。這是由于：陽離子交換吸附才干的大小為：K+Na+1718結論1多孔介質本身對膠體顆粒截留有一定影響影響，在本實驗條件下，多孔介質截留百分比為11.3%；2膠粒吸附絮凝、截留堆積導致堵塞孔隙是流出液顆粒濃度降低的主要影響要素；3一樣水動力學條件下，離子強度越大，流出液顆粒穩(wěn)定值越小，但顆粒濃度出現(xiàn)突變的時間大致一樣；4一樣水化學條件下，滲流速度越大，流出液顆粒穩(wěn)定值越大，截留的顆粒越少；5動水絮凝實驗顆粒截留百分比要比蒸餾水截留實驗高出很多，且截留百分比隨著伊利土懸浮液離子強度的升高而增升高，間隔出水口越近，截留量越大