飽和多孔介質(zhì)中伊利土膠體絮凝沉積的物理化學(xué)影響機(jī)制ppt課件

1、1飽和多孔介質(zhì)中伊利土膠體絮凝堆積的物理化學(xué)影響機(jī)制指點(diǎn)教師：林國(guó)慶 擔(dān)任人：邱麗霞 小組成員：劉芳 婁晶2摘要實(shí)驗(yàn)安裝實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論 資料 與 方法3摘要 膠體顆粒在多孔介質(zhì)的運(yùn)移過(guò)程中，水動(dòng)力、水化學(xué)條件改動(dòng)，容易使膠體絮凝堆積，以致顆粒尺寸增大，孔隙堵塞,進(jìn)而引起含水層浸透性降低。本文采用動(dòng)水絮凝砂柱實(shí)驗(yàn)來(lái)研討動(dòng)水絮凝與水化學(xué)條件、水動(dòng)力學(xué)條件之間的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)向無(wú)膠體砂中通入不同離子強(qiáng)度類(lèi)型，1g/L的原位伊利土懸浮液，測(cè)定流出液顆粒濃度變化，計(jì)算總截留量和砂柱截留分布情況。結(jié)果闡明，電導(dǎo)率越高膠體顆粒截留量越大；一樣電導(dǎo)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(shí)驗(yàn)得出，水化學(xué)要素、水動(dòng)力學(xué)要素是影響膠體截留量的主要要素。4實(shí)驗(yàn)安裝圖1 實(shí)驗(yàn)安裝簡(jiǎn)圖Fig. 1 Schematic diagram of the experimental set-up1-砂柱；2-取樣口；3-蠕動(dòng)泵；4-攪拌器；5-三通閥門(mén)；6-橡皮塞；7-任務(wù)臺(tái)；8-量筒5含水層砂樣 采樣大沽河下游 除雜自然風(fēng)干篩分超聲清洗實(shí)驗(yàn)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(yàn)材料圖2 顆粒濃度和吸光度的關(guān)系曲線(xiàn)咸淡水驅(qū)替法：海水飽和蒸餾水驅(qū)替離心、烘干Fig. 2 R

3、elative curves between particles concentration and adsorption7伊利土試驗(yàn)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(zhì)圖3Fig. 3 The composition of effluent8實(shí)驗(yàn)方法將0.25-0.5mm無(wú)膠體砂等容重裝入長(zhǎng)度為20cm,內(nèi)徑為2.8cm的有機(jī)玻璃柱中，邊裝邊敲砂柱的外壁 , 使所裝砂樣堅(jiān)持均勻和密實(shí) , 按實(shí)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(dòng)泵相銜接，在給定滲流速度8.0rad/min條件下通入電導(dǎo)率為

4、5000s/cm的NaCl溶液，直至流出液流量到達(dá)穩(wěn)定；將通入溶液換成電導(dǎo)率為5000s/cm、1g/L的伊利土膠體溶液懸浮液用磁力攪拌機(jī)攪拌，以保證通入的懸浮液物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，從開(kāi)場(chǎng)通入膠體懸浮液時(shí)開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)，每隔1min取一次樣取樣時(shí)間1min，測(cè)定砂柱流出液的體積和吸光度；一小時(shí)后將通入溶液換回電導(dǎo)率為5000s/cm的NaCl溶液，直至流出液廓清，計(jì)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(jì)算流出液吸光度和總體積；將砂樣等量推于四個(gè)250mL燒杯中，各參與150mL蒸餾水，悄然攪拌，測(cè)其上清液吸光度，然后將砂樣烘干，經(jīng)過(guò)質(zhì)量差得到各個(gè)燒杯懸浮液的質(zhì)量，算出各部分無(wú)

5、膠體砂對(duì)膠體的截留量。9實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -蒸餾水截留實(shí)驗(yàn) 多孔介質(zhì)構(gòu)造本身對(duì)運(yùn)移的懸浮膠體顆粒會(huì)呵斥一定量的截留比例，本實(shí)驗(yàn)條件下，多次實(shí)驗(yàn)得出多孔介質(zhì)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(xiàn)01020304050600.00.20.40.60.81.0顆粒濃度（g/L）時(shí)間（min）Fig.4 Variation of three colloid particles concentration in leach effluent10實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn) 膠體懸浮液的離子強(qiáng)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(shí)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(shí)間（min） 蒸餾水 1000 2000 3000 4000 5000圖5 離子強(qiáng)度與流出液顆粒濃度變化關(guān)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(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)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(guān)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(shí)間（min） 1.03cm/min 1.17cm/min 1.31cm/min12實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)010002000300040005000020406080100截留百分比%離子強(qiáng)度s/cm11.350.475.0376.8378.9684.8210002000300040000510152025303540截留百分比%離子強(qiáng)度s/cm 0-5cm 5-10cm 10-15cm 15

8、-20cm圖7 離子強(qiáng)度與顆?？偨亓舭俜直汝P(guān)系圖Fig.7 ionic strength and the total percentage of colloid straining within porous media 圖8 離子強(qiáng)度與膠體顆粒截留百分比關(guān)系圖Fig.8 ionic strength and the percentage of colloid straining within porous media13實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)顆?？偨亓舭俜直纫日麴s水截留實(shí)驗(yàn)高出很多，且總截留百分比隨著伊利土懸浮液離子強(qiáng)度的升高而升高。 離子強(qiáng)度越高，膠體顆粒在水動(dòng)力

9、學(xué)條件下發(fā)生碰撞的頻率越高、絮凝堆積時(shí)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(dòng)，在運(yùn)移過(guò)程中更容易被孔隙構(gòu)造捕獲，呵斥堵塞，使得孔隙內(nèi)徑變小，故會(huì)有更多的顆粒被捕獲，使得截留量越來(lái)越大。14實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)顆?？偨亓舭俜直纫日麴s水截留實(shí)驗(yàn)高出很多，且總截留百分比隨著伊利土懸浮液離子強(qiáng)度的升高而升高。 離子強(qiáng)度越高，膠體顆粒在水動(dòng)力學(xué)條件下發(fā)生碰撞的頻率越高、絮凝堆積時(shí)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(dòng)，在運(yùn)移過(guò)程中更容易被孔隙構(gòu)造捕獲，呵斥堵塞，使得孔隙內(nèi)徑變小，故會(huì)有更多的顆粒被捕獲，使得截留量越來(lái)越大。1

10、5實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)用不同離子強(qiáng)度的伊利土懸浮液進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，砂柱的第四段15-20的截留量均是最多的，且隨著電導(dǎo)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(gè)長(zhǎng)度的截留量相差不大。在水動(dòng)力和水化學(xué)條件共同作用下，伊利土膠體在砂柱中會(huì)閱歷絮凝-釋放-遷移-堆積的過(guò)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(qiáng)度s/cm 0-5cm 5-10cm 10-15cm 15-20cm16實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn) 圖9 氯化鉀膠體懸浮液不同離子強(qiáng)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(shí)間（min） 電導(dǎo)率1000 電導(dǎo)率2000 電導(dǎo)率300001020304050600.000.010.020.030.040.050.060.070.08濃度（g/L）時(shí)間（min）電導(dǎo)率3000實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -動(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖9和圖4可知，當(dāng)懸浮液中陽(yáng)離子為Na+時(shí)，流出液的穩(wěn)定顆粒濃度隨著離子強(qiáng)度的添加而降低。但是懸浮液中陽(yáng)離子為K+時(shí)，只需離子強(qiáng)度為1000s/cm時(shí)

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(qiáng)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(dāng)離子強(qiáng)度為4000、5000s/cm的氯化鉀電解液時(shí)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間1h內(nèi)，顆粒完全被截留在多孔介質(zhì)中，沒(méi)有任何顆粒釋放。這是由于：陽(yáng)離子交換吸附才干的大小為：K+Na+1718結(jié)論1多孔介質(zhì)本身對(duì)膠體顆粒截留有一定影響影響，在本實(shí)驗(yàn)條件下，多孔介質(zhì)截留百分比為11.3%；2膠粒吸附絮凝、截留堆積導(dǎo)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(dòng)力學(xué)條件下，離子強(qiáng)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(shí)間大致一樣；4一樣水化學(xué)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(dòng)水絮凝實(shí)驗(yàn)顆粒截留百分比要比蒸餾水截留實(shí)驗(yàn)高出很多，且截留百分比隨著伊利土懸浮液離子強(qiáng)度的升高而增升高，間隔出水口越近，截留量越大