土柱實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)

PAGEPAGE1《土柱實(shí)驗(yàn)》教學(xué)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加強(qiáng)對(duì)黃土特性的學(xué)習(xí)，掌握土壤彌散系數(shù)的概念和方法；2、觀察污染物在土壤中的遷移情況；3、深入了解土壤對(duì)污染物的吸附和解析模型；4、熟悉模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理，是將來(lái)進(jìn)行污染物運(yùn)移數(shù)學(xué)模擬的基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定土壤的彌散系數(shù)2、觀察污染物在土壤中的遷移3、建立土壤對(duì)污染物的等溫吸附模型和吸附動(dòng)力學(xué)模型；4、建立土壤對(duì)污染物的等溫解析模型和解析動(dòng)力學(xué)模型；三、儀器相片活性碳夾層柱身出水口出水或入水孔四、模擬實(shí)驗(yàn)土柱和裝置

1、土柱的概述實(shí)驗(yàn)土柱通常分為兩種：非擾動(dòng)的原狀土柱和填裝的土柱。原狀土柱較好的代表了研究對(duì)象的原土壤結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)。填裝土柱可以是經(jīng)過(guò)篩分的一種土壤,也可以是按一定比例混合的幾種土壤。填裝土柱不能保持原土壤結(jié)構(gòu),但是,適用于一定目的的專門(mén)研究。例如,通過(guò)改變各種參數(shù)(土壤粒徑、比表面和礦物組分,土壤水的pH值,或土壤的不同混合比例等)，來(lái)研究土壤對(duì)特定污染物的吸附性能。2、土柱的尺寸土柱的尺寸沒(méi)有硬性的規(guī)定，一般認(rèn)為圓形土柱的長(zhǎng)度大于其直徑的2.5倍即可。不過(guò)對(duì)于要求精確的模擬土柱，其尺寸還要考慮以下幾個(gè)方面(1)污染物通常含有多種物質(zhì)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以遷移能力最強(qiáng)的污染物為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)土柱，一般來(lái)說(shuō)遷移能力上，有機(jī)污染物<陽(yáng)離子污染物<陰離子污染物。(2)由于在土柱內(nèi)建立穩(wěn)定的非飽和流場(chǎng)的方法不同,當(dāng)土柱下段含水率偏高，不能滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，必須要增長(zhǎng)土柱的長(zhǎng)度。(3)對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模仨毟鶕?jù)測(cè)量方法和測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定土柱長(zhǎng)度與直徑的比值。3、入水方式入水方式通常有從上往下滲水和從下往上飽水兩種。通常前者用于，地表污染物往土壤中的下滲，可以比較正確的反應(yīng)該條件下污染物在土壤中的遷移情況，但是無(wú)法用于研究土壤對(duì)其的吸附作用。而從下往上飽水，可以讓土壤與污染物充分接觸，是研究土壤對(duì)污染物吸附機(jī)理和模型的最佳方式。一般情況下，土柱模型都采用定流量水，在要求并不是很高的實(shí)驗(yàn)中，通常使用雙馬氏瓶來(lái)固定入水水頭，但是在精度很高或者對(duì)要求很大，很小或很穩(wěn)定的水流量時(shí)，必須使用蠕動(dòng)泵入水。4、土柱的注意事項(xiàng)(1)礫石層不管入水方式如何，必須在入水口的土壤前鋪設(shè)1-2cm厚的礫石層，防治水流對(duì)土壤層的沖刷，從上往下滲水時(shí)尤其必須注意。而在出水口土壤后也必須鋪設(shè)1-2cm的礫石層，防治土壤堵塞。(2)尼龍絲網(wǎng)任何不同材料的層位之間，都應(yīng)該放置尼龍絲網(wǎng)，且必須根據(jù)流向和材料來(lái)選擇尼龍絲網(wǎng)的目數(shù)，當(dāng)順流向且材料由細(xì)變粗時(shí)，尼龍網(wǎng)需要目數(shù)足夠大以阻擋細(xì)材料往粗材料中的滲透。(3)反應(yīng)滲透墻根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和所研究的污染物種類，可以適當(dāng)?shù)脑谕林刑砑臃磻?yīng)滲透墻。反應(yīng)滲透墻的材料組成厚度都必須經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算以選取合適的數(shù)值。(4)柱身出水處首先為了防止土壤對(duì)柱身處水口的堵塞，必須在出水口前布置合適的尼龍絲網(wǎng)；其次在不同的實(shí)驗(yàn)中，此出水口有不同的功能，例如水頭的測(cè)量和水質(zhì)電導(dǎo)率的測(cè)量。(5)土柱內(nèi)側(cè)必須粗糙，以防止水沿內(nèi)測(cè)管壁的優(yōu)先流。5、附屬設(shè)備式中：G——吸附量；C——平衡時(shí)液相離子濃度（mg/L）；Kd——吸附平衡常數(shù)（L/g）。Frendlich曲線：G=KCn式中：G——吸附量；K——常數(shù)；n——表示該等溫吸附線線性度的常數(shù)，介于0與1之間；當(dāng)液相中被吸附組分濃度很低，或在砂土（CEC值?。┲挟a(chǎn)生吸附時(shí)，n→1；C——平衡時(shí)液相離子濃度（mg/L）；Langmiur曲線：式中：Sm——某組分的最大吸附濃度（mg/kg）；K——與鍵能有關(guān)的常數(shù)；實(shí)驗(yàn)完成后，將淋出液中溶質(zhì)的平均濃度C為X軸，溶質(zhì)在土壤中的單位吸附量(單位殘留量)G為Y軸，繪制等溫吸附(解析)曲線，對(duì)該曲線分別進(jìn)行上述三種模型的模擬，最后根據(jù)模擬的結(jié)果進(jìn)行分析。3、建立吸附(解析)動(dòng)力學(xué)模型吸附(解析)動(dòng)力學(xué)模型，通常有下面四種，分別是：Elovich方程：c=a+b·lnt雙常數(shù)速率方程：lnc=a+b·lnt拋物線擴(kuò)散方程：c=a+bt1/2一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：lnc=a+bt其中：c為溶質(zhì)在單位土體上的吸附量(mg/kg)；t為反應(yīng)時(shí)間(h)；a為與初始濃度有關(guān)的試驗(yàn)常數(shù)；b為與吸附活化能有關(guān)的吸