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污染土的电阻率特征分析 ＊ 白 兰 1 周仲华 1 张虎元 1 杨要许 2 郑 龙 1 1. 兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室, 甘肃 兰州 73000; 2. 甘肃省建筑科学研究院, 甘肃 兰州 730000 摘要 分析污染土对电阻率有影响的可能因素, 通过向砂质黄土中加入充当污染物的 NaCl、汽油和垃圾场渗出液的 室内模拟实验, 得出了模拟污染物对黄土电阻率的影响关系。结果表明, 污染物的种类、含量不同, 对黄土电阻率的影 响程度也不同。 证实了电阻率法可检测黄土的污染范围及程度, 为我国西北地区黄土污染场地的评估及重新开发利 用提供参考。 关键词 污染土 黄土 电阻率 影响因素 ＊国家自然科学基金资助项目 项目批准号50678075 。 0 引言 人类是从关注水体和空气的污染来开始环境保 护旅程的, 而对污染土地的研究和保护从 20 世纪 70 年代才开始 [ 1] 。对污染土和污染场地的检测勘察 评估研究也取得了一定的成果 [ 2 -11] 。 我国目前的垃圾天然堆放 ,原有城市内部工业基 地的废弃使用以及由于污染问题原住人口迁移而遗 留的污染场地面临着重新开发利用的问题 。例如原 来的采矿厂 、 加油站 、化工厂等这些污染场地如不进 行详细勘测治理将对以后的开发利用造成诸如地基 稳定性问题 [ 12-15] , 污染物挥发影响人类身体健康 [ 16] 等一系列问题。 我国对污染场地的勘测研究还很少 ,多为地下水 和农业土壤污染 ,以及工程勘察实例的研究。检测手 段基本采用钻探方式 [ 17-18] , 其高费用、周期长的缺陷 限制了对污染场地全方位的快速检测 。电阻率法作 为新兴的非侵入性检测方法, 具有经济 、 快速 、 准确及 检测范围广等优点, 对污染场地的检测具很强的可行 性和推广价值。 本研究就电阻率法的基本原理以及影响土电阻 率的因素作为切入点 ,结合对黄土的模拟污染试验来 研究污染土的电阻率特征 ,旨在为利用电阻率法研究 评估污染场地, 检测垃圾填埋场渗滤液扩散范围深度 及检测污染土污染程度等方面提供重要参考价值 。 1 研究现状 刘国华等 [ 19] 通过室内实验, 根据正交实验的数 据处理方法得出了该次实验各个因素对土电阻率影 响由大到小的的顺序为 含水率,孔隙溶液电阻率 ,饱 和度和土的种类 。 该实验证明了土的电阻率与其基本指标之间有 很好的相关性, 并且初步得出了土的基本物理指标对 土电阻率的影响效果 ,是国内为数不多的系统研究土 的电阻率的文章。但是该文章中没有涉及到污染物 方面的影响 。 韩立华等 [ 20] 通过在黏土夹砂和粉质黏土中加入 不同浓度的 FeCl3、 AlCl3溶液 ,得出了随着污染成分含 量的增高, 土体电阻率呈指数形式剧烈降低 ,未污染 土样的电阻率比污染样的电阻率明显为高的结论。 该实验虽然考虑了污染物成分的存在,但是只限于含 有阳离子的溶液 。 郭秀军等 [ 21] 室内试验测试结果表明 , 对于不饱 和土 ,含油污水的侵入会改变土的饱和度从而引起其 电阻率的降低, 侵入量越大其电阻率越低 ; 而饱和土 的电阻率随含油污水侵入量的增大而增大直到趋于 稳定 。该实验测得的是一个在含有油 -水 -有机质 相互作用下的土的电阻率 ,对于复杂的油 - 水 - 有机 质体系,电阻率只是外在的综合反映 。 D. S . Mac Farlane 等 [ 22] 在 Borden 垃圾填埋场实 验,观测得填埋场底部污染水体由于渗滤液发生放热 反应, 最高温度比周围正常水温高出 4～ 5 ℃,形成明 显异常区, 并且该异常区不会因为外部季节的变化而 发生改变。因此可以通过该温度异常检测出渗滤液 的扩散范围等。这是由于温度升高土壤中溶液离子 活动性增强 ,而外在的表现为电阻率下降 。 2 污染土电阻率法测试原理 电阻率法是以岩土介质的电导差异为基础,通过 观测和研究人工建立地下稳定电流场的分布规律来 达到解决某些地质问题目的的一种方法 。 土是由固液气组成的三相系,通常意义上未被污 66 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 染的土液相是水。污染成分的介入使得水中成分增 加或水被其他液体污染物代替 ,导致污染土的电阻率 有异于正常土, 污染物的介入会导致土的电阻率下 降,因此电阻率法是一种可行性很强的方法。 污染土的电阻率值除了和岩土本身电导率大小有 关,还受到很多因素的影响。其中主要因素为含水率 、 饱和度、 孔隙率 、 孔隙溶液电阻率、 温度以及土的粒度。 3 污染黄土的电阻率特征分析 3. 1 实验方法和材料 实验采用GeopenE60CN 型电法仪,实验装置采用 二相电极装置 见图 1 。土样装置为改进了的Miller Soil Box 见图 2 。 图 1 二相电极法示意 图 2 电阻率测试装置MillerSoil Box 根据公式 ρΔU I S l 进行土样电阻率的计算。 式中 ρ 土样电阻率 , Ψ m; ΔU 电位差 ,V ; I 电流强度; S 电流通过土样的横截面积 ,m 2 ; l 电极片之间的距离,m 。 实验所用的未污染土样取自兰州市西固区兰化 302 厂东门内一拟建厂房地基, 土样的基本物理指标 见表 1。 表 1 试样土的基本物理指标 土的类型 埋深 m 土样 状态 塑限 wP 液限 wL 天然密度 ρ gcm- 3 砂质黄土1 . 5～ 2扰动17. 526 . 51 . 641 3. 2 实验步骤 本次实验是将水或污染物与放入烘箱干燥12 h 后粉碎的土样均匀混合后装入实验装置 Miller Soil Box 中, 然后连接仪器进行电阻率的测量 。实验是在 室温下进行 ,不考虑温度变化对电阻率的影响 。 3. 2. 1 含水率增加对黄土电阻率的影响 1 称取 7 份土样, 每份质量108. 306 g。 2 分 别 加入 5. 415 、10. 831、16. 245、21. 661、 27. 077、 32. 491、37. 907 mL的水中, 配制成含水率为 5、 10、 15、 20、 25、 30 和 35 的土样 。 3 进行电阻率测量 ,绘制电阻率随含水率增加 的变化曲线图, 见图 3。 图 3 黄土电阻率与含水率关系曲线 3. 2. 2 溶液中 NaCl 含量增加对黄土电阻率的影响 1 称取 5 份土样, 每份质量108. 306 g。 2 分别称取 0. 1、0. 5、1、1. 5、2 g的 NaCl 固体颗 粒,分别加入16. 245 mL水中充分溶化 ,配制成含水率 一定 质量分数 20 而不同离子浓度的黄土试样。 3 进行电阻率测量 ,绘制当含水率为 20时电 阻率随NaCl 含量增加的变化曲线图 ,见图 4。 图 4 含水率为 20时黄土电阻率与 NaCl 含量关系曲线 3. 2. 3 垃圾渗滤液含量增加对黄土电阻率的影响 1 称取 6 份土样, 每份质量108. 305 g。 2 分别量取 5、 10、15、 20、25、30 mL的垃圾渗滤 67 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 液 其参数见表 2 , 加入土中搅拌均匀 , 制成污染 土样 。 表 2 垃圾场渗滤液参数 色度 度COD mgL-1pH 值 24 279 黑褐色9 000～ 9 5008. 5～ 8 . 6 3 进行电阻率测量 ,绘制电阻率随渗滤液含量 增加的变化曲线图, 见图 5。 图 5 黄土电阻率与渗滤液含量关系曲线 3. 2. 4 汽油含量增加对黄土电阻率的影响 1 称取 5 份土样, 每份质量108. 305 g 。 2 分别量取 0. 5、 1、 2. 5、 5、 10 mL的汽油, 加入土 样中搅拌均匀装入盒中。 3 进行电阻率测量 ,绘制电阻率随汽油含量增 加的变化曲线图 ,见图 6。 图 6 黄土电阻率与汽油含量关系曲线 3. 3 实验结果分析 图 3 中电阻率与含水率的相关关系为 y 182. 044x -1. 226 ,相关系数 R 2 0. 970。黄土的电阻率 随着含水率增大呈幂函数下降 ,当含水量增加到一定 例如饱和时 电阻率值将不再下降 。 图4 中电阻率与 NaCl 含量的相关关系为 y 4. 141e -0. 884x , R 2 0. 976。在含水率为 20时, 随着 溶液中 NaCl 含量增加 ,电阻率呈指数规律下降 ,此时 的电阻率比图 1 溶液中不含 NaCl 时的低, 并且会随 着NaCl 溶液达到饱和趋于常数 。 图5 中电阻率与渗滤液含量的相关关系为 y 516. 597x -1. 456 , R 2 0. 996。随着渗滤液含量的增加, 黄土电阻率呈幂函数下降, 这是由 2 方面引起的 ① 渗滤液中含有大量活性有机物质和各种金属离子 ,因 此含量越高 ,反映出的电阻率值越低 。 ②渗滤液中发 生着一系列放热的生化反应 , 而使得土样内温度升 高,又促进了各种粒子的活动性 , 导致电阻率降低。 因此渗滤液含量越高 ,电阻率越低。与图 3 中曲线拟 合公式相比较 ,图 5中的 a 值较大, 是由于溶液的电 阻率较大的原因 。 图 6 中电阻率与汽油含量相关关系为 y 29. 33x 0. 178 , R 2 0. 957。曲线形态与其他曲线相反, 呈幂函数上升, 当电阻率达到41 Ψ m时, 趋于稳定。 是由于汽油电阻率约为1 010 Ψ m , 而黄土电阻率范 围是 0～ 200 Ψ m ,因此随着汽油含量的增加 , 整体电 阻率呈上升趋势 。 4 结论 1 模拟污染物的污染黄土电阻率实验表明, 不 同污染模型 ,黄土的电阻率有不同的反映 。黄土电阻 率随盐类含量的增大呈幂函数下降 ,随垃圾渗滤液含 量增加呈指数下降 ,但达到饱和时电阻率趋于稳定; 汽油含量增加, 电阻率呈幂函数上升 。 2 电阻率法检测黄土的污染范围及污染程度具 有简便 、 快速、 经济等特点, 为非侵入方式 ,具有很强 的推广应用价值 。 3 电阻率法检测污染土目前还处于初级研究阶 段,由于受到的影响因素复杂且多变, 目前还停留在 定性层面上 ,在一定程度上仍需结合钻孔及其他资料 进行检测。 参考文献 [ 1] 陈先华, 唐辉明, 等. 污染土的研究现状及展望. 地质与勘探, 2003, 39 1 [ 2] Lindsay N Meads,Laurence R Bentley, Carl A Mendoza. 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Hydrology , 1983 作者通信处 白兰 730000 甘肃省兰州市天水南路 222 号 兰州大 学土木工程与力学学院 E -mail bail2005lzu. cn 2007- 09-04 收稿 上接第 65页 是钢铁联合企业的焦化厂 ,在联合钢铁企业内部消耗 也是比较困难的 ,若是独立焦化厂 煤气厂 ,更是难 以消耗。因此可以考虑采取以下方法 1 部分制浆 。将焦化污水采取分流处理 。将其 中COD、 酚、油含量高、难以生化降解的部分集中起 来,或将蒸氨废水的一部分用来制浆, 可以减轻生化 处理装置的负荷 。 2 浓缩处理。寻找一种方法 , 将焦化污水浓缩 后制浆 ,不但制浆效果好 ,而且所生产的水煤浆企业 自身能够消耗, 彻底解决污染问题 。 3 全水制浆。如果周边有电厂等其他用户, 能 帮助消耗全部的水煤浆, 也可以采用全水制浆 。水是 宝贵的资源 ,如果能将焦化废水重新利用 ,是非常有 意义的。 4. 3 经济方面 即使不考虑生化处理费用和排污费 ,由于是废水 制浆, 酸焦油做添加剂 , 其污水煤浆的成本比净水煤 浆低 50～ 60 元 t ,经济效益是很明显的。 5 结论 1 利用水煤浆技术处理焦化污水是可行的。只 要处理得当, 不但能减轻焦化厂生化处理装置的负 荷,还有可能从根本上解决焦化污水污染问题, 实现 焦化污水零排放 。 2 不同变质程度的煤制浆, 水煤浆质量有所差 异,选择适当 , 所制水煤浆能够满足工业燃料燃烧 要求 。 3 用焦化厂废弃物酸焦油代替 NF 作为水煤浆 添加剂, 可以降低制浆成本, 减少厂处理酸焦油的 负担 。 作者通信处 刘淑萍 114044 辽宁省鞍山市 中钢集团鞍山热能 研究所 2007- 09-11 收稿 69 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 is 80℃ with a settling time of 3 h the regeneration effect is best. Under these regeneration conditions, the used oil basically reached the fresh oil standard. Keywords waste lubricating oil, flocculant, activated clay and regeneration A NEW OF ENERGY TRANSATION IN SUPERCRITICAL WATER INTERNAL- COMBUSTIONYi Baokui Ma Chunyuan Lu Shenqing et al 50 Abstract Supercritical water thermal decomposition technology is a new type of energy -efficient treatment of organic wastes. It s a new type of waste disposal and recycling of energy.It is introduced the application of this technology in the field of energy use.It is also discussed the thermal decomposition of biomass andwaste tires in supercritical water. Keywords supercrilical water, organic waste and thermal decomposition ENERGY -SAVING OPTIMUM DESIGN AND APPLICATION OF WASTEWATER CYCLONE SEPARATIONSYSTEM IN FGDWang Fangqun Yin Mingyang DuYungui et al 53 Abstract The wastewater cyclone separation system in FGD has been optimally designed.Two optimization schemes were provided according to whether the static pressure produced by the elevation difference betweeen the overflow of gypsum slurry cyclone separator and inlet of wastewater cyclone separator meets the needof the sum of inlet pressure of wastewater cyclone separator and head lossin pipelines. The beneficial effect of the optimum design is simplifying design, decreasing equipment costs and operating costs.The optimum design has been successfully applied to more than 10 FGD projects. Keywords FGD, wastewater cyclone separation system, energy -saving, optimum design and application THE TREATING COST ANALYSIS OF SEWAGE TREATMENT PLANTYuan Peisheng 55 Abstract This paper analyzed and discussed the concept and composition of sewage treating cost. It has confirmed composition of running cost, surveyed running cost and treating cost of a sewage treatment plant 30 000 t d. The measures for reducing treating cost were posed. Keywords town, sewage treatment, treating cost and running cost RESEARCH ON DEGRADATION OF OILY WASTEWATER BY HIGH EFFICIENT MICROFLORA Zhang Shiping Zheng Guanghong Wang Lei 58 Abstract The bacteria that could use crude oil as carbon source have been screened from the oil-contaminated soil. They could degrade high concentration oilwastewater effectively. When preliminary concentration is 2 g L, and 10 bacteria are inoculated in the wastewater, the concentration is only 420 mg L after 7d.The efficiency of degradation could be 80.If glycerin is entered in the oil wastewater and the concentration is more than 100 mg L, the efficiency of degradation is retrained. In the condition of high-salinity, if the concentration of seaweed mix salt is more than 1. 0 g L, the growth of bacteria are restrained. Keywords bacteria, oil wastewater and biodegradation ADSORPTION OF HEXAVALENT CHROMIUM IN CLAY BY TP Tan Xiao Yu Yongxian Yang Qing et al 61 Abstract Influence of TP on adsorption of hexavalent chromium in the clay was investigated.Effects of reaction time, pH, concentrations of TP and adding amount were studied. The reduction of Cr Ⅵ was examinedwhile the optimum reaction conditionswere determined. TP could enhance the adsorption of Cr Ⅵ because of the complexion reaction between TP and CrⅥ .The reaction mechanisms of TP with chromium and clay surfaces were certified. Keywords TP, hexavalent chromium, clay, complexion and adsorption POSSIBILITY OF COKING SEWAGE TREATMENTBYUSING COAL -WATER SLURRY TECHNOLOGYGuo Jiping Fang Huibin Liu Shuping 64 Abstract The properties of coking sewage and the domestic treatment process for coking sewage were introduced, the possibility of the coking sewage treatment by using coal-water slurry technology was expounded from water quality、water volume and coal -water slurry . Keywords coal-water slurry, coking sewage and treatment process ANALYSIS THE RESISTIVITY CHARACTERISTICS OF CONTAMINATED SOIL Bai Lan Zhou Zhonghua Zhang Huyuan et al 66 Abstract This paper analyses all the possible factors that could influence electrical resistivity.In the series of experiments, contaminated loess was made by mixing loess separately with NaCl, gasoline and leachate. And finally substantiate thatwe could distinguish contaminated loess and normal loess from their different electrical resistivity. Whichwill also offer significant reference for the future uation and reusing of those contaminated sites. Keywords contaminated soil, loess, electrical resistivity and influence factors 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008