石灰性土壤中六价铬的迁移
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石灰性岩溶土壤中六价铬的滞留和运移
石灰性土壤对六价铬的吸附能力取决于一系列的批次实验。该系列批
次实验的结果如图3所示。六价铬的吸附等温线线性是评估在六价铬
不同浓度范围上的(0-10毫克/升,0-100毫克/升和0-200毫克/升)。
结果表明在相关系数值介于0.97到0.99间的所有已检验六价铬浓度
范围内,六价铬的吸附等温线是线性的。因此,在该系列实验中使用
的六价铬流入浓度(1毫克/升,10毫克/升,100毫克/升)都是选自该线
性范围内。从这三个不同的六价铬浓度范围线性吸附等温线得出的平
均分布系数(Kd)是0.53 L Kg–1±0.18,相应于一个2.11 ± 0.37的平
均六价铬阻滞因子伴随95%的置信区间。
混合移位实验
混合移位实验在饱和流和非饱和流条件下都能进行。实验条件如表3
中所述。在该系列实验中土壤水的饱和度从85%到100%不等。对于
在不饱和柱实验中使用的流速,在稳定状态水流条件下能达到的最低
土壤水分饱和度受到石灰质土壤中更大比例精细土壤颗粒的限制。溶
质在柱系统中的滞留从1.04小时到12.43小时不等,取决于水流速度。
稳态水流条件和系统中稳定的含水量在贯穿整个移位实验中是完成
的。对于非饱和移位实验,沿柱土壤含水量的分布是通过在实验终止
后在系统中的不同位置对土壤样本重力水含量的测定来进行检验的。
虽然略有对非均质土壤水含量分布的沿列测定(表4),但系统中的
平均土壤水含量在实验中仍然是稳定的。以往的研究表明,溶质穿透
曲线利用现行条件下平均水含量测量值能够准确模拟(De Smedt&
Wierenga 1978; De Smedt et al. 1986; Hutchison et al.2003).
非反应性示踪剂运移。在先前的每个六价铬运移实验中,非反应性示
踪剂测验被引导对柱的水力特性进行表征。这些实验的结果显示在表
3和表5中。在饱和稳定流条件下(v= 11.78 厘米/小时和v= 11.57
厘米/小时),非反应性示踪剂(氯化物)的穿透曲线(BTCs)是对称
的,显示了柱中理想的运移效果。正如所预期的那样,对BTCs进行
力矩分析得出的氯化物示踪剂的阻滞因数等于1,意味着在系统中没
有优先流和阴离子的排除机制。对示踪剂的BTCs的力矩分析还表明
系统中质量的回复超过了98%。如图4a所示,示踪剂实验的结果之
间相互一致,重现性好。
在非饱和水流条件下,非反应性示踪剂的BTCs变化取决于孔隙水流
速(图4b )。在高孔隙水流速度下(v=12.96厘米/ 小时),示踪剂的
BTCs蔓延得相对较快,相较于那些较低孔隙水流速度下(v=1.24厘
米/ 小时和v=1.32厘米/ 小时)的情况(图4b)。类似的传播程度也
可以在饱和流条件下高孔隙水流速实验中的示踪剂的BTCs上观测
到。如前所述,实验中使用的多空介质缺乏具有较高均匀系数值(Cu=
23.64,表1)的分类的土壤(图1)。在这样的土壤中,孔隙规模中的
流速变化程度在高孔隙水流速下比在低孔隙水流速的情况下更大。有
助于在多孔介质中溶质扩散的机械弥散随着流速变化的增加而增加。
因此,能够观察到在高孔隙水流速示踪剂BTCs中的传播比那些在低
孔隙水流速下的情况要明显的多(图4b和图5)。在这些实验中观
测到的传播程度估计也使用了一个曲线拟合程序,CXTFIT。模拟结
果表明因高孔隙水流速示踪剂实验获得的水力弥散系数比那些低孔
隙水流速示踪剂实验中(D=0.30,0.38平方厘米/小时)获得的大70
到90倍(表5)。机械弥散对水动力扩散的贡献还在于利用非反应
性示踪剂氯化物的分子扩散系数D*= 0.054 cm2hr–1, Griffioen et al.
1998)进行计算。这种贡献度在低孔隙水示踪实验上通常有84%,而
在高孔隙水示踪实验上通常有99.8%。
在慢孔隙水流速下(v=1.24厘米/ 小时和v=1.32厘米/ 小时),非反
应性示踪剂的BTCs表现出早起的突破,表现了在柱中的优先流特征,
尽管预期在相对较高的孔隙水流速下(例如v=12.96厘米/ 小时)。