Vol.28 No.4 武强等：天津浅层孔隙含水介质中铁的吸附迁移性能 .309 进行S与C和C/S与C的相关分析，经相 定不同岩性中污染物的迁移模型参数 关性比较，C/S与C的相关系数多大于0.96，而 3.2迁移模型参数确定 相应的C与S的相关系数均比较小，所以吸附模 在地下水中铁的迁移运动规律研究中，主要 式为Langmuir等温吸附方程)].各种土样对铁 考虑铁在含水层中迁移运动能力·为了研究污染 的等温吸附方程和相关系数见表3，可见，淡水区 物在含水层中的迁移特征，选用含水层岩土进行 与咸水区的浅层含水介质对铁的吸附模式均符合 土柱模拟实验，建立一维水动力条件下污染物迁 Langmuir等温吸附方程 移的数学模型，实验采用70型达西渗透仪，实验 表3各土样对铁的等温吸附方程表 装置见图1.本次土柱实验的实验条件为： Table 3 Isothermal adsorption equations of soil samples to Fe C/s与C的 土样号 等温吸附方程 相关系数 Bl C/S=0.000224C+0.000600 0.873 C/s=0.000286C十0.000566 0.999 B3 C/s=0.000211C+0.000042 0.997 B4 C/s=0.000526C+0.010885 0.961 C/s=0.000132C+0.000073 0.967 G2 C/s=0.000236C+0.000186 0.965 G3 C/s=0.000278C十0.000783 0.996 1一实验土柱：2一马氏供水瓶：3一采样瓶：4一工作台；5一供 水软管：6一阀门 3地下水中铁的迁移运动规律 图1土柱实验装置图 3.1数学模型的概化 Fig.1 Equipment of pole experiment 地下水中铁的迁移运动规律研究，仅考虑铁 (1)淡水区含水层土样取B2和B4的混合 在含水层中沿水平径流方向迁移的运动能力，不 样，咸水区含水层土样取G3样.采样后风干、过 考虑化学反应，其运动概化为水平一维迁移问题， 筛(0.5mm)后备用，分别进行两种土样的土柱实 描述污染物一维迁移的方程为[6]： 验 aC-Riat D132-13:= (2)土样中铁主要以Fe203为主，含量在 1.11%~5.37%,在当地水化学条件下不易溶解， C1(z,0)=0 (1) 可以忽略其对实验的影响， C1(0,t)=C10 (3)将土样分层装入70型达西渗透仪柱中， C1(o∞，t)=0 控制每层装砂的重量和高度，以保证装填土柱的 式中，R1为示踪剂滞后系数；D1为土柱的水动力 密度和均匀性 弥散系数，m2d1；1为孔隙水流速，md1；C1 (4)用蒸镏水作渗透实验，测定土柱的有关 为监测点示踪剂质量浓度，mgL;C0为示踪剂 水动力参数， 初始质量浓度，mgL;z为取样点距进水端的 (5)选择CI一离子作为指示剂，以C1厂为溶质 距离，m;t为示踪剂迁移时间，d 配制原液，质量浓度为206.05mgL1,含C1溶 其解析解为： 液从土柱底部入水口流入，从顶端流出，定时从流 出端口取水样测定C1厂质量浓度.据此可计算土 R C(x,t)=0.5 Co erfc 柱的弥散度， 2 D (6)用含污染物的化合物和蒸馏水配制溶 R (2) 液，土柱实验原液选用FS04,Fe2+质量浓度为 R 249.3mgL-1,溶液从土柱底部入水口流入，从 exp D erfc 顶端流出，定时从流出端口取水样测定污染物质 NR 量浓度，铁的测试方法采用原子吸收法，据此可 根据土柱实验资料，通过反演拟合方法可确 计算土柱的污染物滞后系数等参数进行 S 与 C 和 C／S 与 C 的相关分析‚经相 关性比较‚C／S 与 C 的相关系数多大于0∙96‚而 相应的 C 与 S 的相关系数均比较小‚所以吸附模 式为 Langmuir 等温吸附方程［5］．各种土样对铁 的等温吸附方程和相关系数见表3．可见‚淡水区 与咸水区的浅层含水介质对铁的吸附模式均符合 Langmuir 等温吸附方程． 表3 各土样对铁的等温吸附方程表 Table3 Isothermal adsorption equations of soil samples to Fe 土样号 等温吸附方程 C／S 与 C 的 相关系数 B1 C／S＝0∙000224C＋0∙000600 0∙873 B2 C／S＝0∙000286C＋0∙000566 0∙999 B3 C／S＝0∙000211C＋0∙000042 0∙997 B4 C／S＝0∙000526C＋0∙010885 0∙961 G1 C／S＝0∙000132C＋0∙000073 0∙967 G2 C／S＝0∙000236C＋0∙000186 0∙965 G3 C／S＝0∙000278C＋0∙000783 0∙996 3 地下水中铁的迁移运动规律 3∙1 数学模型的概化 地下水中铁的迁移运动规律研究‚仅考虑铁 在含水层中沿水平径流方向迁移的运动能力‚不 考虑化学反应‚其运动概化为水平一维迁移问题‚ 描述污染物一维迁移的方程为［6］： D1 ∂2C1 ∂z 2 － u1 ∂C1 ∂z ＝ R1 ∂C1 ∂t C1（ z ‚0）＝0 C1（0‚t）＝C10 C1（∞‚t）＝0 （1） 式中‚R1 为示踪剂滞后系数；D1 为土柱的水动力 弥散系数‚m 2·d －1 ；u1 为孔隙水流速‚m·d －1 ；C1 为监测点示踪剂质量浓度‚mg·L －1 ；C10为示踪剂 初始质量浓度‚mg·L －1 ；z 为取样点距进水端的 距离‚m；t 为示踪剂迁移时间‚d． 其解析解为： C（ x‚t）＝0∙5C0 erfc x－ u R t 2 D R t ＋ exp ux D erfc x＋ u R t 2 D R t （2） 根据土柱实验资料‚通过反演拟合方法可确 定不同岩性中污染物的迁移模型参数． 3∙2 迁移模型参数确定 在地下水中铁的迁移运动规律研究中‚主要 考虑铁在含水层中迁移运动能力．为了研究污染 物在含水层中的迁移特征‚选用含水层岩土进行 土柱模拟实验‚建立一维水动力条件下污染物迁 移的数学模型．实验采用70型达西渗透仪‚实验 装置见图1．本次土柱实验的实验条件为： 1—实验土柱；2—马氏供水瓶；3—采样瓶；4—工作台；5—供 水软管；6—阀门 图1 土柱实验装置图 Fig．1 Equipment of pole experiment （1） 淡水区含水层土样取 B2和 B4的混合 样‚咸水区含水层土样取 G3样．采样后风干、过 筛（0∙5mm）后备用‚分别进行两种土样的土柱实 验． （2） 土样中铁主要以 Fe2O3 为主‚含量在 1∙11％～5∙37％‚在当地水化学条件下不易溶解‚ 可以忽略其对实验的影响． （3） 将土样分层装入70型达西渗透仪柱中‚ 控制每层装砂的重量和高度‚以保证装填土柱的 密度和均匀性． （4） 用蒸镏水作渗透实验‚测定土柱的有关 水动力参数． （5） 选择 Cl －离子作为指示剂‚以 Cl －为溶质 配制原液‚质量浓度为206∙05mg·L －1‚含 Cl －溶 液从土柱底部入水口流入‚从顶端流出‚定时从流 出端口取水样测定 Cl －质量浓度．据此可计算土 柱的弥散度． （6） 用含污染物的化合物和蒸镏水配制溶 液‚土柱实验原液选用 FeSO4‚Fe 2＋ 质量浓度为 249∙3mg·L －1‚溶液从土柱底部入水口流入‚从 顶端流出‚定时从流出端口取水样测定污染物质 量浓度‚铁的测试方法采用原子吸收法．据此可 计算土柱的污染物滞后系数等参数． Vol．28No．4 武强等： 天津浅层孔隙含水介质中铁的吸附迁移性能 ·309·