（水文学及水资源专业论文）硝基苯在砂性介质中的穿透试验研究.pdf

| | i i 1l ij i l li ii ii ii iiil y 17 3 0 0 6 9 s t u d yo nn i t r o b e n z e n eb r e a k t h r o u g he x p e r i m e n t a l 。s a n dm i na n de d 。i u m ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gc a i c h u a n s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gw e n k e c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：王才y 17 p ，年6 , e j ie l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：乏彳川 导师签 为7 啤莎月e l 铡口年厶月多日 、 本论文的研究工作得到了长安大学环境科学与工程学 院承担的国家自然科学基金项目：河流污染对地下水影响 的模拟与研究( 4 0 8 7 2 1 6 3 ) 的资助 摘要 摘要 本文在承担自然科学基金项目“河流污染对地下水影响的模拟与研究( 4 0 8 7 2 1 6 3 ) ” 的背景下，选择渭河河漫滩砂性介质为研究对象，对特征污染物硝基苯在砂性介质中的 穿透试验开展了系统的研究。 采用室内试验与数值模拟相结合的方法，深入探讨硝基苯在砂性介质中穿透的内在 规律，揭示穿透过程中砂性介质对硝基苯的吸附行为特征，以质量守恒为理论基础修正 穿透曲线模型，并分析模型的影响因素( 浓度、流量、穿透高度和穿透介质) ，结果表 明： 1 根据y o o n n e i s o n 理论在硝基苯在砂性介质的穿透曲线中算得的平衡吸附容量夸 大了介质的吸附能力，特别在此次的8 组穿透试验中，夸大了2 6 6 3 倍。 2 本次研究，根据穿透曲线特征和砂柱的吸附特征，将硝基苯在砂柱中的吸附过程 分为四个阶段。若将砂柱看成一个单位，在穿透试验中，砂柱对硝基苯的吸附量变化过 程类似于一条穿透曲线。从0 时刻开始发生吸附，随着试验的进行，t 时刻的吸附量逐 渐增大，在某一时刻达到最大，而后逐渐减小随着穿透试验的完成归于0 。 3 根据本次试验选用模型的拟合结果分析：单一的根据硝基苯的穿透试验来拟合穿 透曲线，有时会遇到砂柱发生解吸作用，显然与事实相反，而通过修正后的模型能较好 的反应客观事实。在修正过程中，先判断原模型所求结果是否满足3 3 2 中的i 、i i 条 件：如果满足模型不需要修正；如果不满足模型需要修正。 4 在此次试验中，分析得到试验的浓度范围内浓度对穿透模型的影响不大，因此忽 略了浓度对模型的影响。在同一浓度下，介质的平衡吸附量随穿透高度的增加而增大； 细砂的吸附能力大于中砂的吸附能力。 5 根据本次试验研究结果并结合前人成果，总结出穿透试验能够获取的三个参数： 弥散系数、吸附和饱及饱和含水率。其中所介绍的平衡吸附容量、吸附系数和饱和含水 率是本次研究中发掘的成果。根据试验数据求得试验介质细砂和中砂的弥散系数分别 为：1 7 5 c m 2 m i n 、7 1 6 c m 2 m i n ；弥散度分别为：1 3 7 2 c m 、o 8 1 3 c m ；吸附系数分别为o 1 8 9 和o 1 5 3 ；饱和含水率分别为4 2 1 5 和4 0 5 3 。 关键词：穿透试验、穿透模型、吸附系数、硝基苯 a b s t r a c t a bs t r a c t b a s e do nt h eb a c k g r o u n do ft h en a t u r es c i e n c ef u n d m o d e l i n ga n dr e s e a r c ho ft h e e f f e c t so fr i v e rp o l l u t i o no ng r o u n dw a t e r ”，s a n dm e d i u mo ft h ew e ir i v e ri ss e l e c t e dt ob et h e s t u d yo b j e c t ，a n dt h es y s t e m a t i cs t u d yo nn i t r o b e n z e n eb r e a k t h r o u g he x p e r i m e n t a li ns a n d m e d i u mi sl a u n c h e d u s i n gt h ew a yc o m b i n i n gl a b o r a t o r ye x p e r i m e n ta n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nt oi n d e p t h s t u d yt h ei n t e r n a l l a wn i t r o b e n z e n ep e n e t r a t i n gi ns a n dm e d i u ma n dr e v e a lt h r o u g ht h e p r o c e s so fs a n do fm e d i u mo na d s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fn i t r o b e n z e n ea n dm o d i f i e dt h e m o d e lo ft h eb r e a k t h r o u g hc u r v et ot h et h e o r e t i c a lb a s i so fm a s sc o n s e r v a t i o na n da n a l y s i s m o d e lp a r a m e t e r so nt h es e n s i t i v i t y f a c t o r s ( c o n c e n t r a t i o n ，f l o w , p e n e t r a t i o nh e i g h ta n d p e n e t r a t i o nm e d i a ) ，t h er e s u l t ss h o wt h a t ： 1 t h ee q u i l i b r i u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h en i t r o b e n z e n ei nt h es a n dm e d i u mc a l c u l a t e d a c c o r d i n gt ot h ey o o n - n e i s o nt h e o r yi se x a g g e r a t e d ，p a r t i c u l a r l yi nt h e8g r o u p st h r o u g ht h i s e x p e r i m e n t ，a b o u t2 6 - 6 3t i m e s 2 a c c o r d i n gt ot h eb r e a k t h r o u g hc u r v e sa n dt h ea d s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs a n d c o l u m n ，t h ea d s o r p t i o np r o c e s so ft h en i t r o b e n z e n ei nt h es a n dc o l u m ni sd i v i d e di n t of o u r s t a g e s i nt h eb r e a k t h r o u g he x p e r i m e n t ，t h ec h a n g eo ft h en i t r o b e n z e n ea d s o r p t i o np r o c e s so f t h es a n dc o l u m ni ss i m i l a rt oab r e a k t h r o u g hc u r v ei fw es e es a n dc o l u m n sa sau n i t t h e a d s o r p t i o nb e g a nf r o mt h eb e g i n n i n g ，a n di n c r e a s e dt oam a x i m u ma ts o m et i m e ，t h e n d e c r e a s e dt o0a st h ec o m p l e t i o no ft h eb r e a k t h r o u g he x p e r i m e n t 3 a c c o r d i n gt oa n a l y s i so ff i t t i n gr e s u l t su s e di nt h i se x p e r i m e n t ，t of i tt h eb r e a k t h r o u g h c u r v e so n l yb yt h eb r e a k t h r o u g he x p e r i m e n to fn i t r o b e n z e n es o m e t i m e se n c o u n t e r e di ns a n d c o l u m nd e s o r p t i o nw h i c hi sc l e a r l yc o n t r a yt ot h ef a c t s ，b u tt h em o d i f i e dm o d e lc a nr e s p o n s e t ot h eo b j e c t i v ef a c t sb e t t e r i nt h ea m e n d m e n tp r o c e s s ，w en e e dd e t e r m i n ew h e t h e rt h e r e s u l t so ft h eo r i g i n a lm o d e lf i tt h ec o n d i t i o n so fi ，i io f3 3 2o rn o t i fi t d o e s ，t h e a m e n d m e n ti sn o tr e q u i r e d ；i fn o t ，t h em o d e ln e e d st ob ea m e n d e d 4 i nt h i se x p e r i m e n t ，c o n c e n t r a t i o ni nt h ee x p e r i m e n t a lc o n c e n t r a t i o nr a n g eh a sl i t t l e e f f e c to nt h ep e n e t r a t i o nm o d e l ，s ow ec a ni g n o r et h ee f f e c to fc o n c e n t r a t i o nt ot h em o d e l i n t h es a m ec o n c e n t r a t i o n ，t h ee q u i l i b r i u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h em e d i u mi n c r e a s e sw i t ht h e 摘要 h e i g h to ft h ep e n e t r a t i o n ；t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo ff i n es a n di sb i g g e rt h a nt h em e d i u m s a n d s 5 a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h i ss t u d yw i t ht h ep r e v i o u sr e s u l t s ，t h r e ep a r a m e t e r sc a n o b t a i n e df r o mt h eb r e a k t h r o u g he x p e r i m e n t ：d i f f u s i o nc o e f f i c i e n t ，a d s o r p t i o nc o e f f i c i e n ta n d s a t u r a t e dw a t e rc o n t e n t t h ee q u i l i b r i u ma d s o r p t i o nc a p a c i t y ，a d s o r p t i o nc o e f f i c i e n ta n d s a t u r a t e dw a t e rc o n t e n ti st h er e s u l to ft h i ss t u d y t h ed i f f u s i o nc o e f f i c i e m so ft h ef i n es a n d a n dm e d i u ms a n da r e1 7 5 c m 2 m i n 、7 1 6 c m 2 r n i n ；t h ed i s p e r s i o n sa r e1 3 7 2 c m ，0 8 1 3 c m ；t h e a d s o r p t i o nc o e f f i c i e n t sa l e0 18 9a n d0 15 3 ；a n dt h es a t u r a t e dw a t e r c o n t e n ta l e4 2 15 a n d 4 0 5 3 k e yw o r d s ：b r e a k t h r o u g he x p e r i m e n t ，b r e a k t h r o u g hm o d e l ，a d s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ， n i t r o b e n z e n e h 目录 目录 第一章绪论1 1 1 研究意义1 1 2 国内外研究现状及存在问题2 1 2 1 国内外研究现状2 1 2 2 存在问题3 1 3 研究内容与技术路线3 1 4 论文创新点4 第二章硝基苯穿透试验6 2 1 试验设计6 2 1 1 试验仪器6 2 1 2 试验方案设计8 2 1 3 试验方法8 2 1 4 试验步骤1 2 2 1 5 试验准备工作及注意事项一1 2 2 2 试验结果- 1 4 第三章穿透理论1 6 3 1 穿透曲线方程推导及理论模型建立1 6 3 2 穿透过程吸附的探讨：1 8 3 2 1 平衡吸附容量( 总吸附量) l8 3 2 2 吸附历时曲线2 0 3 2 3 动态吸附特征( 累计吸附历时曲线) 2 2 3 3 问题讨论及模型修正2 3 3 3 1 问题的讨论2 3 3 3 2 模型的修正2 4 第四章模型拟合结果及分析2 8 4 1 修正模型拟合结果一2 8 4 2 模型影响因素分析3 7 4 2 1 浓度对参变量的影响3 7 4 2 2 穿透高度对参变量的影响3 8 4 2 3 穿透流量对参变量的影响4 0 4 2 4 介质对参变量的影响4 1 第五章穿透曲线与参数4 3 5 1 弥散系数4 3 5 2 吸附参数”4 8 长安大学硕士学位论文 5 2 1 平衡吸附容量彬4 8 5 2 2 吸附系数k 4 9 5 3 饱和含水率刀51 第六章结论5 3 参考文献5 4 致谢5 7 i l 长安大学硕士学位论文 1 1 研究意义 第一章绪论 地下水作为水资源的重要组成部分，随着水资源短缺问题的加剧地下水越来越发挥 着重要的作用。就我国而言【1 】，目前约有2 3 的城市地下水作为主要的供水水源，甚至 在北方某些干旱地区已成为唯一的水源，地下水总开采量超过1 0 0 0 亿m 3 ，约占全国总 用水量的1 5 2 0 。 然而，由于人类对地下水的不合理利用，对地下水污染的危害性重视不够等，造成 一系列极为严重的地下水污染问题。据2 0 0 7 中国地质环境公报【2 1 ，全国1 8 9 个主要城市 的地下水水质监测资料统计( 表1 1 所示) ，全国6 个地区地下水均遭受不同程度的污 染，而且呈恶性发展的趋势。据中国环境科学研究院监测资料【3 】表明，全国基本清洁的 地下水只占3 。 表1 - 1全国各地区2 0 0 年地下水水质情况表 华北浅层地下水 4 45 6 地区深层地下水 4 55 5 就地下水污染物的种类、污染范围及对人类健康、生态环境的危害程度而言，有机 物污染名列榜首。这些污染物在现实生活中通过点源、线源、面源多种方式进入土壤， 进而污染地下水。2 0 0 5 年的松花江污染事件【4 】，中石油吉林石化公司双苯厂的1 0 0 吨左 第一章绪论 右的致癌物质苯、硝基苯进入松花江水体，长达9 3 9 公里的松花江干流沿岸居民工作生 活均受到严重影响，对当地渔业一项损失就高达1 8 亿元。 基于此背景，本次研究选用代表性的污染物硝基苯，开展硝基苯在砂性介质中的穿 透试验研究，对硝基苯在砂性介质的吸附特征详细的描述，可为污染物在多孔介质中的 溶质运移参数之一吸附参数的表征提供科学依据。同时也为其他污染物的相关研究 提供可借鉴的参考依据。 1 2 国内外研究现状及存在问题 1 2 1 国内外研究现状 国外学者对穿透试验的研究比较早，穿透试验的研究不仅仅是在地下水溶质运移 中，更多的而且更早的是关于气体在固定床介质的穿透试验。 吸附是穿透试验中的研究重点，不少学者根据假设穿透过程中的吸附特征从而推导 出穿透模型。包括a d a m s - b o h a r t ( 1 9 2 0 ) 模型【5 】；t h o m a s ( 1 9 4 4 ) 模型1 6 ；c l a r k 模型 ( 1 9 8 7 ) 1 7 】；y o o n n e l s o n 模型8 1 。a d a m s 和b o h a r t 假设活性炭的“吸附速率同活性炭的 剩余容量和出口浓度成比例关系而推导出来的。但模型只能适用于穿透曲线初始部分 ( c 0 1 5 c 0 ) 。t h o m a s 假设l a n g r n u i r 吸附特征的同时服从二级可逆无轴向离散反应动力 学，它适用于等温或不等温吸附。c l a r k 联合f r e u n d l i c h 方程和质量传递的概念建立一 种新的模型预测穿透曲线。y o o n 和n e l s o n ( 1 9 8 4 ) 假设氙在活性炭吸附床“吸附量”的 衰减速率同出口浓度和“吸附量”成正比，推导出y o o n - n e l s o n 穿透模型，模型的形式与 b o l t z m a n n 分布函数一致，模型简单易用至今仍被许多学者采用。陈占营【9 1 、孙晓峰【1 0 1 等均应用y o o n - n e l s o n 模型来研究穿透试验。 学者发现，对流一弥散模型并不能对溶质穿透曲线中的早期穿透和拖尾等物理非平 衡现象做出合理的解释。c o a s t 和s m i t h ( 1 9 6 4 ) t 1 1 1 考虑了溶质运移过程中的化学和物理非 平衡性，提出了在稳态条件下的动一不可动两区模型；然而随着土壤中优先流和溶质穿 透曲线中双锋的出现两区模型暴露出其局限性。当化学和物理非平衡性对溶质运移影响 表现十分显著时，两区模型就不能对溶质穿透曲线做出合理的描述。为了模拟优先流情 况下的溶质运移过程，s k o p p ( 1 9 8 1 ) t 1 2 1 在两区模型的基础上提出了两流区模型。马东豪， 王全九利用连续和脉冲输入情况下的试验，对两区和两流区模型的预测能力进行了比 较和分析。与两区模型相比，两流区模型可以更好地描述优先流情况下的溶质穿透曲线。 近年来，针对非饱和带穿透试验的研究是一个比较重要的课题。对于非饱和带穿透 2 长安大学硕士学位论文 模型主要有传统的对流一弥散方程、统计模型和人1 5 申经网络模型。j u r y 1 4 j 、t s e n g 和 j u r y t ”】通过对对流弥散方程做一些假设应用在非饱和带的穿透曲线，但它的局限性在于 只能用常量的参数；统计模型的研究源于j u r y 【l6 1 ，j u r y 将非饱和带穿透曲线用在黑箱模 型，此后j u d ，和s p o s i t o 【1 7 1 ；w h i t e 等t 1 8 】；b u t t e r s 暑1 j u r y l l 9 1 ；s k a g g s 等1 2 0 1 等也用统计模型研究 非饱和带的穿透试验；近年来，y o o n 和h y u n l 2 l 】等将人工神经网络模型( a n n s ) 运用在 非饱和带穿透曲线的预测上，较好的模拟非饱和带的穿透曲线，较好的解释拖尾现象。 陈效民，潘根兴等【2 2 】结合农作物施肥特征，在试验室模拟土柱上已瞬间注入情况下和田 间定期采样的方法对太湖地区农田土壤饱和条件和非饱和条件下硝态氮垂直运移规律 进行了研究。研究发现：在饱和条件下，硝态氮垂直运移过程的穿透曲线呈现不对称形状 和拖尾现象，主要由于土壤中存在着动水和不动水的比例不同和土壤的物理性质所致。在 非饱和条件下，硝态氮运移过程的时间明显加长，穿透曲线的峰值增高，优先流不明显，穿 透曲线平缓。 除此之外，还有许多学者【2 3 1 在穿透曲线的问题上做了深入的研究。c h e m 和w e n ( 2 0 0 1 ) 2 3 】、p a ne ta l ( 2 0 0 5 ) 1 2 4 1 采用恒定模式概念波传播理论建立穿透模型。杨骏， 秦张峰等( 1 9 9 6 ) 2 5 】应用固定床吸附动力学模型研究煤质活性炭对苯酚溶液的吸附，采 用孑l 扩散和表面扩散控制模型获取固定床吸附器的传质扩散系数。 1 2 2 存在问题 上述模型或是假设吸附的特征而推导出的穿透曲线模型，或是针对其他侧重点( 拖 尾、非饱和等) 来研究穿透模型，我认为尚存在以下问题：对于溶质在穿透过程中的吸 附特征有待进一步探讨；对于化学、物理非平衡问题( 优先流、双峰问题) 尚须进一步 探讨；对非饱和带穿透曲线的研究还处在刚开始阶段，有待进一步深入。本文着重从溶 质在穿透过程中的吸附特征出发，研究硝基苯在砂性介质中的穿透规律。 1 3 研究内容与技术路线 研究内容： ( 1 ) 通过实验研究硝基苯在砂性介质的穿透特征，揭示硝基苯在砂性介质中的迁 移规律，分析在不同介质、不同流量、不同穿透高度、不同浓度下硝基苯浓度的变化规 律。 ( 2 ) 开展硝基苯在砂性介质的吸附特征研究，提出根据穿透曲线分离硝基苯的平 3 第一章绪论 衡吸附容量的方法、硝基苯在介质中的吸附历时变化特征，初步定性描述在穿透试验中 硝基苯的吸附特征。 ( 3 ) 开展硝基苯在砂性介质穿透曲线的模拟研究：结合n a c l 在砂性介质的穿透曲 线，分析硝基苯在穿透曲线模拟的问题，提出修正模型的方法，并推导模型修正公式； 分析介质、流量、穿透高度、浓度对模型的影响。 ( 4 ) 结合前人研究成果及本次研究成果，总结出从穿透曲线中获取的参数，主要 有弥散系数、平衡吸附容量、吸附系数和饱和含水率。 2 研究方法及技术路线 本次研究主要采用室内试验和数理统计相结合的研究方法，深入探讨硝基苯在砂性 介质中的迁移规律。采用的技术路线详见图1 1 。 1 4 论文创新点 文献检索收集资料 0 口日硪r “vf l # i 明碉饼丸口怀r 土t 实验吵新 发 硝基苯穿透实验 甩 j ，奇，i l 八啪f r t l 正，k 士c l 头瓤烈惦竹c r l l 上 li 吸附特征分析穿透模型研究 il i 参数汇总及求取 i 成果汇总，撰写论文 图1 1 技术路线流程图 ( 1 ) 根据硝基苯在砂性介质穿透曲线和n a c l 穿透曲线求出平衡吸附容量，并推导 其计算方法；分析硝基苯在砂性介质的的吸附历时特征，初步定性分析硝基苯在砂性介 质中的吸附特征。 ( 2 ) 结合n a c l 在砂性介质中的穿透曲线，分析在穿透曲线模拟的问题，提出修正 4 长安大学硕士学位论文 模型的方法，并推导模型修正公式。 5 第二章硝基苯穿透试验 2 1 试验设计 第二章硝基苯穿透试验 2 1 1 试验仪器 本次试验的仪器主要有有机玻璃柱、紫外分光光度计、电导率仪、供排水系统等。 1 有机玻璃柱，此次试验选用三个不同穿透高度的有机玻璃柱，内径1 5 c m ，高度分 别为2 0 c m 、3 0 c m 、4 0 c m ，如图2 1 所示。有机玻璃柱外围用锡纸封住，防止试验中硝 基苯光解对试验造成影响。 图2 1 有机玻璃柱 2 紫外分光光度计( 图2 2 ) ，低杂散光的双单色器型( u v 2 5 5 0 ) 和高性能价格比的 单色器型( u v 一2 4 5 0 ) 紫外可见分光光度计，配备3 2 b i t p c 汉化软件 u v p r o b e 功能达到 最高水平。( u v 2 4 5 0 ) 紫外可见分光光度计技术指标如下所示： 测光准确度：士o 0 0 2a b s ( 0 - - 一0 5a b s ) ； 、 士o 0 0 4a b s ( o 5 - 1 0a b s ) 士o 3 t ( o 1 0 0 t ) 重复测量精度：40 0 0 l a b s ( 0 - - 一0 5a b s ) 4 - 0 0 0 2a b s ( 0 5 1 0a b s ) ，4 - 0 1 t 6 长安大学硕士学位论文 图2 2 紫外分光光度计 3 电导率仪，梅特勒托利多d e l t a3 2 6 台式电导率仪 ：。： d e l t a 3 2 6 电导率仪( 图2 3 ) 的特点及主要功能：包含l e 7 0 1 四环电极( m i n i d i n 接口) 电极支架、标准液等( 不能测纯水) 。d e l t a 3 2 6 台式电导率仪的技术参数如表2 1 所示。 图2 3d e l t a 3 2 6 电导率仪 表2 1d e l t a 3 2 6 台式电导率仪的技术参数 电导率测量范围 o 19 9 9 m s c m 分辨率o i u s c m - - 一0 i m s c m 自动可变 7 第二章硝基苯穿透试验 精度士0 5 量程 t d s 测量范围0 1 9 9 9 9 l 温度范围( ) 0 1 0 0 0 温度补偿( )自动0 1 0 0 0 电导校准点2 点( 包括零点) 自动终点判定具备 结果储存 1 0 个 2 1 2 试验方案设计 试验介质取自渭河漫滩砂样，将原状样根据美国农业部制土壤分类标准，先将砂样 筛分成不同粒径段，取细砂( o 1 - 0 2 5 r a m ) 、中砂( o 2 5 0 5 m m ) 作为研究对象。试验方 案分别从不同介质、不同高度、不同达西流速、不同浓度四个不同因素出发，进行8 组 硝基苯的穿透试验。 1 不同介质：选用细砂、中砂为研究对象，在相同水力条件下硝基苯的穿透试验； 2 不同高度：以细砂为研究对象，在相同达西流速，不同高度( 2 0 c m 、3 0 c m 、4 0 c m ) 硝基苯的穿透试验； 3 不同达西流速：以细砂为研究对象，在相同高度( 3 0 c m ) ，不同达西流速硝基苯 的穿透试验； 4 不同浓度：以细砂为研究对象，在相同高度3 0 c m ，相同达西流速，不同硝基苯浓 度的穿透试验。 2 1 3 试验方法 1 c l 1 浓度测量方法 试验用n a c i 作为示踪剂来测量保守性溶质c l d 的浓度，由于试验的历时均较短， n a + 和砂柱发生的交换可以忽略，因此为了方便起见下文中均用n a c l 浓度代替c l 1 浓度。 测定溶液的电导率时，将待测溶液装在一个准备好的干净的试管( 内径大于2 0 m m ) ， 打开电导率仪，将电导率调成心测量模式，接着将探头足够充分的浸到试管的水样内， 摁下屏幕右下方绿色键“读数”，观测屏幕显示，待到数字右下方闪烁的小点不动时测量 完成，记下所测得的电导率和温度。 2 硝基苯浓度测量方法：还原一偶氮光度法 8 长安大学硕士学位论文 ( 1 ) 试剂和材料：盐酸、锌粒、硫酸氢钾、1 0 硫酸铜溶液、1 0 氢氧化钠溶液、 5 亚硝酸钠溶液、2 5 氨基磺酸铵溶液、2 乙二氨溶液、精密p h 试纸o 5 5 0 。 ( 2 ) 仪器：分光光度计、2 5 m l 比色管。 ( 3 ) 分析步骤： 空白试验 用2 0 m l 蒸馏水代替试验样品按操作，从工作曲线上查出相应的硝基苯浓度，若 超出置信区间应检查原因。 测定 取5 m l 试验样品做试样于2 5 m l 比色管中，加水至2 0 m l ，加入浓盐酸2 0 m l ，锌粒 0 5 9 ，硫酸铜溶液2 滴，摇匀。放置1 5 m i n ，过滤转移至5 0 m l 容量瓶中，并定容至5 0 m l ， 用水洗涤比色管及滤纸3 次，稀释至标线，摇匀。 取经过上述处理的溶液1 0 m l ，分别置于2 5 m l 比色管中，加氢氧化钠溶液，调节p h 至和5 ，加水至标线，摇匀。加硫酸氢钾调节p h 至1 5 2 0 ，加亚硝酸溶液l 滴，摇匀。 放置3 m i n ，加氨基磺酸铵溶液0 5 m l ，充分摇匀，放置3 m i n ，待气泡除尽后，加入n 乙二胺溶液1 0 m l ，摇匀，放置3 0 m i n ，用1 0 r a m 比色皿，与5 4 5 n m 波长处，以水为参 比，测量吸光度。 3 工作曲线绘制 本次试验用到的标准曲线有两条，分别是n a c l 浓度一电导率标准曲线和硝基苯浓度一 吸光度标准曲线。 n a c l 浓度一电导率标准曲线的测定 ( 1 ) 用自来水配置n a c l 溶液浓度为2 、l 、o 5 、0 2 、o g m 一系列溶液，分别测定 其电导率值，所得值如表2 2 所示。 ( 2 ) 将电导率值在温度为2 5 下标准化，如式( 2 1 ) 所示： k = 南 晓， 其中，k ，标准温度( 2 5 。c ) 下的电导率； k 。温度为t 的实测电导率； 倪标准温度2 5 。c 下溶液的温度校正系数，取值0 0 2 2 ； 丁实测温度。 9 第二章硝基苯穿透试验 表2 2 不同浓度相对应电导率 ( 3 ) 绘制标准化的电导率与n a c i 浓度标准曲线 根据线性回归分析所得n a c i 浓度和电导率之间的关系式( 2 2 ) ，回归系数尺2 达到 0 9 9 6 9 ，图2 4 所示，达到分析要求。 2 5 2 1 5 蜊 爱 1 o 5 o 电导翠( m s c m ) 图2 4n a c ! 浓度与电导率关系曲线 c m = o 3 6 1 6 k 。一0 1 4 9 3 ( 2 2 ) 硝基苯浓度一吸光度工作曲线绘制 吸取1 0 0 m l 硝基苯试验溶液于2 5 m l 比色管中，加水至2 0 m l ，加入浓盐酸2 0 m l ， 锌粒0 5 9 ，硫酸铜溶液2 滴，摇匀。放置1 5 m i n ，过滤，滤液收集于5 0 m l 容量瓶中， 用水洗涤滤纸和3 次，稀释至标线，混匀。分别吸取0 m l ，1 0 0 m l ，2 0 0 m l ，3 0 0 m l ，4 0 0 m l ， 5 0 0 m l ，1 0 0 m 1 分别置于2 5 m l 比色管中，加水置1 0 m l 。加氢氧化钠溶液，调节p h 至 4 - - - 5 ，加水至标线，摇匀。加硫酸氢钾调节p h 至1 5 2 0 ，加亚硝酸溶液l 滴，摇匀。 放置3 m i n ，加氨基磺酸铵溶液0 5 m l ，充分摇匀，放置3 m i n ，待气泡除尽后，加入n 1 0 长安大学硕士学位论文 乙二胺溶液1 0 m l ，摇匀，放置3 0 m i n ，用1 0 m m 比色皿，与5 4 5 n m 波长处，以水为参 比，分别测量吸光度。减去0 浓度的空白吸光度后，绘制工作曲线。 此次试验共做两组标准曲线的试验结果如表2 3 所示： 表2 3 硝基苯浓度吸光度标准曲线 配置标准曲线的硝基苯溶液浓度为2 4 0 m g l ，分光光度计测量的溶液分别稀释了 5 * 2 7 5 1 、5 * 2 7 5 2 、5 * 2 7 5 3 、5 * 2 7 5 4 、5 * 2 7 5 5 、5 * 2 7 5 1 0 倍，则分光光度计所测的 浓度分别为1 7 5 、3 4 9 、5 2 4 、6 9 8 、8 7 3 、1 7 4 5 m g l 。而在样品处理过程中稀释了2 7 5 倍，故真实的浓度为分光光度计测得的浓度乘以系数2 7 5 ，即为4 8 、9 6 、1 4 4 、1 9 2 、2 4 0 、 4 8 0 m g l 。 o l1 522 53 吸光度 图2 5 硝基苯与吸光度y 标准曲线 根据线性回归分析所得硝基苯浓度和吸光度y 之间的关系式2 3 ，回归系数尺2 达 到0 9 9 9 ，图2 5 所示，达到分析要求。 c 舫= 1 9 6 5 y 一7 8 9 3 6 ( 2 3 ) 1 1 o o o 0 o 0 0 如 m j呻宦心q蛏 第二章硝基苯穿透试验 2 1 4 试验步骤 l 、 2 、 3 、 4 、 4 图2 6 试验装置示意图 ( 1 ) ( 如图2 6 所示) 打开阀门2 ，关闭阀门3 ，调节阀门2 的流量，使其有足够的 流量能保持砂柱的水位同溢出口水位持平； ( 2 ) 湖0 量砂柱出水口流量q 的变化，待到q 稳定后，用烧杯准备足够的硝基苯试验 溶液，关闭阀门2 ，迅速排干砂柱上层的水( 含滤层) ； ( 3 ) 迅速打开阀门3 ，并将烧杯中的硝基苯溶液以适当的速度倒入砂柱中； ( 4 ) 开始计时，调节阀门3 的流量，使其有足够的流量能保持砂柱的水位同溢出1 3 水位持平； ( 5 ) 根据事先设定的取样频率，开始取样，并放置在黑色塑料纸包着的大烧杯中， 待穿透试验完成后，停止试验，立即测试样品浓度。 2 1 5 试验准备工作及注意事项 1 砂样的筛选：将从渭河所取的原状砂样，经淘洗、烘干后，用标准的土壤筛筛取 试验所需要的砂样( 中砂、细砂) ，图2 7 所示。 1 2 长安大学硕士学位论文 图2 7 自制简易砂样筛选装置 2 介质的水力参数的测定：分别测定上述选定两种筛分好的砂样的饱和渗透系数。 试验装置如图2 8 所示，所得试验结果如表2 4 所示： 图2 8 渗透系数和弥散系数测定装置 表2 4 介质的饱和渗透系数值 介质k 值( m d ) 中砂 细砂 3 5 6 7 l o 7 2 3 配置硝基苯试验溶液：用乙醇助溶，在试验前一天晚上配好，充分摇晃后静置一 个晚上，为了让其充分均匀溶解。由于乙醇用量较小，试验考虑乙醇对硝基苯溶液的影 响。 1 3 第二章硝基苯穿透试验 4 砂柱及放置硝基苯溶液的容器用锡纸包好。 2 2 试验结果 根据上述所设计的试验方案所得的试验结果如下所述： 1 不同浓度的穿透试验 选择三组相同水力条件，相同穿透高度，不同浓度的穿透试验，浓度值分别为 5 5 3 8 m g l 、7 1 4 9 m g l 、1 5 9 4 3 m g l ( 如图2 9 所示) 。从图中可以看出三组试验的穿透历 时曲线差别不大。7 1 4 9 m g l 开始穿透时刻大约在1 3 分钟，1 5 9 4 3 m g 1 开始穿透时刻发 生在l5 分钟附近，而5 5 3 8 刚开始穿透时刻最晚为18 m i n ；在3 5 分钟左右三组试验均 完成穿透。 。 趔 蛏 靛 器 ul o z 03 04 05 0 t ( r a i n ) 图2 9 不同浓度硝基苯穿透曲线 2 不同介质的穿透试验 选择两组不同介质的穿透试验，分别是中砂和细纱，穿透高度均为3 0 c m ，两者的 水力条件是一样的中砂的流量为( 如图2 1 0 所示) 。从图中可以看出，中砂开始穿透时 刻大约在5 分钟，细砂开始穿透时刻约为1 3 分钟；中砂完成穿透的时间很快在1 4 分钟 就完成穿透了，而细砂在3 5 分钟左右才完成穿透。整个历时曲线中砂的梯度远比细砂 陡。 1 2 1 o0 8 蜊 蛏0 6 霞 票0 4 o 2 o 0 t ( m i n ) 图2 1 0 不同介质相同水力条件下硝基苯穿透曲线 1 4 l 长安大学硕士学位论文 3 不同高度的穿透试验 选择三组相同水力条件下，不同浓度的穿透试验( 如2 1 1 图所示) 。穿透高度2 0 c m 开始穿透时刻大约在1 2 分钟左右，在2 0 分钟时就完成穿透了；穿透高度3 0 c m 开始穿 透时刻发生在1 5 分钟附近，3 5 分钟左右完成了穿透；穿透高度4 0 c m 开始穿透时刻最 晚约为2 0 分钟，在4 5 分钟时才完成穿透。可以看出随着高度的增加历时梯度随之降低。 1 2 1 倒0 8 薹 要0 4 o 。2 o t ( m i n ) 图2 1 1 不同介质穿透高度硝基苯穿透曲线 4 不同流量的穿透试验 2 0 4 0 t ( r a i n ) 图2 1 2 不同流量硝基苯穿透曲线 选择三组相同高度下，不同流量的穿透试验( 如图2 1 2 所示) 。流量3 3 1 7 m l s 开始 穿透时刻大约在8 分钟，在2 0 分钟左右已完成穿透了；流量2 2 m l s 开始穿透时刻发生 在1 5 分钟附近，3 5 分钟左右完成了穿透；流量1 1 0 9 m l s 开始穿透时刻3 8 分钟，在5 5 分钟时才完成穿透。可以看出随着流量的增加梯度随之增大。 1 5 一 r。lr。r。lr。_l。ll 一 厂l卜。_上il广l卜illl o 2 l 8 6 4 2 0 l o o o o 。毯疑靛娶 第三章穿透理论 第三章穿透理论 穿透模型是穿透试验研究的重要内容之一，预测穿透试验浓度变化规律，对于穿透 过程中吸附特征等均起到很重要的作用。用于穿透试验的模型非常多，根