多孔介質(zhì)中膠體行為及其影響效應(yīng)研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增加，濱海地區(qū)水資源日益緊缺。由于地下水的過量開采，導(dǎo)致海水入侵現(xiàn)象日趨嚴重。目前，對于海水入侵的修復(fù)方法主要是人工回灌含水層。但在回灌過程中，由于水文地球化學(xué)和水動力學(xué)的擾動，會引起咸-淡水界面和水-氣界面的膠體顆粒釋放、絮凝、遷移-沉積等一系列過程。這一系列膠體過程，會導(dǎo)致含水層結(jié)構(gòu)的破壞和滲透性的突變，進而降低含水層修復(fù)效率。本文在系統(tǒng)分析、測定研究區(qū)(青島大沽河下游)含水介質(zhì)、膠體、水樣的物理化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)

2、上，通過室內(nèi)批量試驗、砂柱試驗、顯微鏡切片試驗、微型玻璃柱等方法，從微觀和宏觀尺度上對咸-淡水界面和水-氣界面上的膠體過程及其影響效應(yīng)進行了研究。
　　 通過批量和砂柱試驗對咸淡水界面在咸-淡水界面膠體過程及其影響效應(yīng)進行了定量研究。研究發(fā)現(xiàn)，(1)通過批量和砂柱試驗證實粘土顆粒的臨界釋放濃度(CSC)和臨界絮凝濃度(CFC)存在明顯差異，臨界絮凝濃度低于臨界鹽濃度。試驗確定了粘土顆粒對于NaCl溶液和海水/河水混合溶液的臨界鹽

3、濃度分別為60mmol/L和6800μs/cm，臨界絮凝濃度分別為40mmol/L和4800μs/cm。釋放出來的顆粒的絮凝對滲透性降低具有顯著作用。(2)鹽濃度突變和漸變試驗結(jié)果顯示，鹽濃度突變試驗中滲透性的降低幅度比鹽濃度漸變試驗時要大。鹽濃度突變過程中大量被釋放的顆粒引起的孔隙阻塞、中斷是滲透性降低的主要原因。而鹽度漸變過程中顆粒是逐步釋放的，顆粒濃度較低，堵塞孔隙的可能性降低，孔隙堵塞作用對滲透性的影響比突變試驗要小。因此，除了

4、堵塞作用以外，粘粒的膨脹和被釋放粘粒的絮凝、沉積對滲透性降低的作用顯得更加重要。(3)通過定水頭試驗和定流速試驗發(fā)現(xiàn)，定水頭試驗中滲透性的降低程度比定流速條件時滲透性的降低程度大，顆粒的累計流出量分別為138mg和236mg。在本試驗條件下，粘土顆粒的運移速度均處于穩(wěn)流態(tài)，佩克列數(shù)(Pe)比較大。根據(jù)顆粒佩克列數(shù)與無量綱的堵塞參數(shù)γ之間的回歸方程分析可以發(fā)現(xiàn)，在本試驗條件下，顆粒的堵塞現(xiàn)象比較輕。沉積顆粒引起的水動力阻力很小，水動力阻力

5、主要是多孔介質(zhì)造成的。
　　 通過顯微鏡切片和微型玻璃柱試驗，利用激光共聚焦掃描電鏡和ImageJ軟件計算對水-氣界面上膠體顆粒釋放進行了定量研究。(1)膠體顆粒在水-氣界面上存在明顯的釋放。絕大部分的顆粒釋放都發(fā)生在第一次界面移動過程中。疏水膠體比親水膠體更易被水-氣界面所吸附，因此更易釋放。對于疏水膠體來說，不論帶正電還是帶負電的膠體，顆粒的釋放率都比較高，且差別不大；而親水的膠體顆粒，帶負電膠體顆粒的釋放率明顯高于帶正電的

6、膠體顆粒。(2)膠體顆粒的釋放率隨著界面移動速度的加快而降低。在相同流速下，帶負電膠體顆粒釋放率更高，帶正電膠體的釋放對水-氣界面的移動速度更敏感。在本試驗條件下，水-氣界面移動速度較低(0.4-400cm/h)，膠體顆粒的釋放率均比較高，膠體顆粒的釋放與界面移動速度成非線性關(guān)系。(3)前進接觸角和后退接觸角對于膠體顆粒在水-氣界面上釋放的影響存在明顯差異。從激光共聚焦掃描電鏡圖像中看出，在界面移動速度相同的條件下，前進接觸角為實際接觸