污染物在地下水系统中的迁移转化.ppt

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1、污染物在地下水中的迁移转化污染物在地下水系统中的迁移、转化过程是复杂的物理、化学及生物综合作用的结果。地表的污染物在进入含水层时，一般都要经过表土层及下包气带，而表土层和下包气带对污染物不仅有输送和储存功能，而且还有延续或衰减污染的效应。因此，有人称表土层和下包气带为天然的过滤层。实际上是由于污染物经过表土层及下包气带时产生了一系列的物理、化学和生物作用，使一些污染物降解为无毒无害的组分；一些污染物由于过滤、吸附和沉淀而截留在土壤里；还有一些污染物被植物吸收或合成到微生物里，结果使污染物浓度降低，这称为自净作用。但是，污染物在上述迁移过程中，还可能发生与自净作用相反

2、的现象。即有些作用会增加污染物的迁移性能，使其浓度增加，或从一种污染物转化成另一种污染物，如污水中的NH4-N，经过表土层及下包气带中的硝化作用会变成为NO3-N，使得NO3-N浓度增高。一、物理、化学作用（一）、机械过滤和稀释1、机械过滤作用机械过滤作用主要取决于土壤介质的性质和污染物颗粒的大小。一般是土壤粒径愈细，过滤效果愈好。过滤效果主要是去除悬浮物，其次是细菌。此外，一些主要组分的沉淀物，如CaCO3、CaSO4；一些次要及微量组分的沉淀物，如Fe(OH)3、Al(OH)3，以及有机物—絮凝剂亦可被去除。在松散的地层中，悬浮物一般在一米内即能去除，而在某些裂

3、隙地层里，有时悬浮物可迁移几公里。细菌的直径一般是0.5—10μm，病毒的直径一般是0.001—1μm。因此，在砂土里(其孔隙直径一般是大于40μm)，过滤对细菌的去除是无效的，而在粘土或粉土地层里，或含粘土及粉土地层里，过滤对细菌的去除是有效的，而对病毒是无效或效果很差。但是，往往有些细菌和病毒附着在悬浮物里，这样过滤去除细菌和病毒的效果就很好。影响过滤的因素很多，如水动力学作用、分子扩散、沉积作用等运移过程以及范德华力、电作用力等截留因素和有关化学过程。因此，要精确地表示过滤过程是很困难的，目前一般都是利用质量守恒和考虑运动学定律来描述固体物质的总的过滤过程。对

4、于单位体积孔隙介质质量所截留的物质可用下式表示：式中：mV—单位孔隙介质体积所截留的物质质量；Z——过滤长度；t——时间；C——团体浓度；vf———渗透速度。（6—1）对于最初无积累或沿渗滤长度均匀积累的过滤介质，固体浓度的沿程变化可用下式表示：或C=C0.e-λ.z(6—2)式中：C0——进入过滤介质的固体物质浓度；λ——过滤介质参数。孔隙介质所截留的固体物质，最初起着有利于过滤的作用，但随着时间的延长，可能出现孔隙通道的堵塞、渗透能力减弱的现象，而且还可能由于化学过程和生物过程加剧堵塞现象。2、稀释作用当污水与地下水相混合时，或当雨水下渗通过包气带补给地下水时，

5、或污染物在含水层中产生弥散作用时，均会产生稀释作用，它可使地下水中污染物浓度降低，但并不意味着污染物的去除。（二）、物理吸附土壤介质特别是土壤中的胶体颗粒具有巨大的表面能，它能够借助于分子引力把地下水中的某些分子态的物质吸附在自己的表面上，称这种吸附为物理吸附。物理吸附具有下列特征：(1)吸附时土壤胶体颗粒的表面能降低，所以是放热反应，一般吸附每克分子放热小于5kcal(20.934kj)。(2)吸附基本上没有选择性，即对于各种不同的物质，只不过是分子间力的大小有所不同，分子引力随分子量的增加而加大。在同一系列化合物中，吸附随分子量的增加而增加。(3)不产生化学反应

6、，因此不需要高温。(4)由于热运动，被吸附的物质可以在胶体表面作某些移动，亦较易解吸。基于上述特征，所以凡是能降低表面能的物质，（如有机酸，无机盐等）被土壤胶粒表面所吸附，称为正吸附；凡是能够增加表面能的物质，如无机酸及其盐类——氯化物、硫酸盐、硝酸盐等，则受土壤胶粒的排斥，称为负吸附。此外，土壤胶粒还可吸附NH3、H2以及CO2等气态分子。（三）、物理化学吸附(离子代换)土壤胶体带有双电层，其扩散层的补偿离子可以和地下水中同电荷的离子进行等当量代换，这是一种物理化学现象，故称物理化学吸附，亦称离子代换吸附。它是土壤中吸附污染物的主要方式。土壤中的离子代换吸附作用分

7、为如下两种。1、土壤中的阳离子代换吸附作用土壤胶体一般带负电，所以能够吸附保持阳离子，其扩散层的阳离子可被地下水中的阳离子代换出来，故称为代换吸附，其反应式如下：当离子交换达到平衡状态时，可用下列数学表达式：式中：C0——初始阳离子浓度；C——平衡时阳离子浓度；K，1／P——均为常数。上述公式中离子浓度的单位为mg／l。(6—3)1）土壤阳离子吸附作用的特征①是一种能迅速达到动态平衡的可逆反应。离子代换的速度虽因胶体的种类而异，但是，一般能在几分钟内即可达到平衡。②阳离子的代换关系是等当量代换，例如，一个Ca2+可以代换两个H+，亦即40mg的Ca2+可代换2m