CN111257541B - 一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法，其方法为：步骤一、采用浓度为

的源溶液进行污染物完全击穿平衡的渗透土柱试验；步骤二、C_e连续四个时段持续保持稳定；步骤三、测试其中目标污染物总质量m_a；步骤四、计算吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度C_s；步骤五、确保各源浓度的渗透试验中渗透速度均一致；步骤六、拟合程度最佳的曲线确定为该土样的等温吸附曲线。有益效果：避免了由于多个土样的不一致引起的测试误差。该方法中除了

以外，其他各源浓度完全击穿的渗透试验中土体中孔隙水浓度和土颗粒上吸附浓度的初始值分别为上一浓度击穿出流达到平衡后对应的C_e和C_s，而不是从完全空白样达到平衡，提高了试验效率。

Description

一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法

技术领域

本发明涉及一种测定等温吸附曲线的方法，特别涉及一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法。

背景技术

目前,用来表征土壤对污染物吸附能力的等温吸附曲线常用batch试验法测定。Batch试验具有操作简便、占用试验空间小的特点，因此得到广泛的运用。但由于实际现场土体中土水比、接触时间、土颗粒接触面积等与散粒状态不同，batch试验测定的等温吸附曲线通常与土体中的吸附行为不相符。基于batch试验的等温吸附曲线结果对土体地下水中溶质迁移、吸附情况进行评价并不准确。土柱试验法可直接测定污染物在土体状态下的等温吸附曲线，其测试过程中溶质的迁移、吸附过程与自然界土体中实际状态相似，因此其测试结果可直接应用于现场土体中溶质迁移分析。但是目前报道的方法存在一些不足：通常等温吸附曲线上有多少个不同平衡浓度的数据点，就需要设置多少个土柱，试验工作量大；用于测试不同平衡浓度的各土柱应具有很好的一致性和可重复性，对土柱模型的制备要求较高，通常为重塑土样模型，对于原状土样不太适用；各土柱试验中土颗粒吸附的污染物浓度均是从0增大至平衡浓度，试验达到平衡所需时间长。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的土柱试验法在试验过程中存在的试验工作量大、对于原状土样不太适用以及试验达到平衡所需时间长等问题，而提供的一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法。

本发明提供的连续测定土体状态等温吸附曲线的方法，其方法如下所述：

步骤一、将长度为L₁的原状土柱按照柔性壁渗透仪的操作流程装入渗透仪压力室中，连接好管路，考虑土样的埋深处所受的侧向土压力设置围压为P_c，参考现场的实际水头设置渗透压力为P₁，采用浓度为

的源溶液进行污染物完全击穿平衡的渗透土柱试验；

步骤二、分时段收集出水管流出的溶液，采用火焰原子吸收光谱仪测试收集溶液中目标污染物的浓度，待目标污染物溶液完全击穿土柱时关闭阀门停止试验，击穿标准：待连续三个时段测试的出流溶液中目标污染物浓度与前一个时段相比不再增大，即C_e连续四个时段持续保持稳定；

步骤三、将土样取出，从土样下部切出一段长为1-2cm的土样，针对切下来的土样，取一部分烘干测试其含水量w，另取一部分设定质量为m₁进行消解，测试其中目标污染物总质量m_a；

步骤四、计算吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度C_s，计算公式如下：

式中：C_s—吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度，单位为mg/g；

m_a—湿土样中目标污染物总质量，单位为mg；

m₁—消解所取湿土样质量，单位为g；

w—试样含水率；

C_e—污染物击穿土柱时的出流浓度，单位为mg/L；

ρ_w—试验温度下水的密度，单位为g/cm³；

步骤五、将剩余的土样继续装入柔壁渗透仪中进行渗透试验，重复步骤一至步骤四，渗透源溶液依次采用从低到高的浓度为

渗透试验中，采用的土样始终为同一土样，但是土样长度在逐级变短，分别为L₂、L₃、……、L_i、……L_n。为了确保各浓度实验中条件一致，因此渗透试验中应根据渗透土样的长度逐级降低渗透压力

确保各源浓度的渗透试验中渗透速度均一致；

步骤六、以各源浓度渗透试验测试所得的稳定出流浓度C_e和吸附在土颗粒上的浓度C_s分别为横坐标和纵坐标，绘制成图，采用各等温吸附模型对试验点进行拟合，拟合程度最佳的曲线确定为该土样的等温吸附曲线。

本发明的有益效果：

本发明提供的连续测定土体状态等温吸附曲线的方法中该等温吸附曲线是在土体状态真实围压、真实流速下测得，能真实地反映目标污染物在土体中迁移过程被土颗粒的吸附情况，可有效用于土体中污染物迁移预测分析。该等温吸附曲线的所有点的平衡反应始终在同一土样中发生，避免了由于多个土样的不一致引起的测试误差。该方法中除了

以外，其他各源浓度完全击穿的渗透试验中土体中孔隙水浓度和土颗粒上吸附浓度的初始值分别为上一浓度击穿出流达到平衡后对应的C_e和C_s，而不是从完全空白样达到平衡，所需吸附平衡时间越来越短(如图1所示)，提高了试验效率。

附图说明

图1为本发明所述实测各源浓度对应的击穿出流曲线示意图。

图2为本发明所述实测土柱状态等温吸附曲线示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图2所示：

本发明提供的连续测定土体状态等温吸附曲线的方法，其方法如下所述：

步骤一、将长度为L₁的原状土柱按照柔性壁渗透仪的操作流程装入渗透仪压力室中，连接好管路，考虑土样的埋深处所受的侧向土压力设置围压为P_c，参考现场的实际水头设置渗透压力为P₁，采用浓度为

的源溶液进行污染物完全击穿平衡的渗透土柱试验；

步骤二、分时段收集出水管流出的溶液，采用火焰原子吸收光谱仪测试收集溶液中目标污染物的浓度，待目标污染物溶液完全击穿土柱时关闭阀门停止试验，击穿标准：待连续三个时段测试的出流溶液中目标污染物浓度与前一个时段相比不再增大，即C_e连续四个时段持续保持稳定；

步骤三、将土样取出，从土样下部切出一段长为1-2cm的土样，针对切下来的土样，取一部分烘干测试其含水量w，另取一部分设定质量为m₁进行消解，测试其中目标污染物总质量m_a；

步骤四、计算吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度C_s，计算公式如下：

式中：C_s—吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度，单位为mg/g；

m_a—湿土样中目标污染物总质量，单位为mg；

m₁—消解所取湿土样质量，单位为g；

w—试样含水率；

C_e—污染物击穿土柱时的出流浓度，单位为mg/L；

ρ_w—试验温度下水的密度，单位为g/cm³；

步骤五、将剩余的土样继续装入柔壁渗透仪中进行渗透试验，重复步骤一至步骤四，渗透源溶液依次采用从低到高的浓度为

渗透试验中，采用的土样始终为同一土样，但是土样长度在逐级变短，分别为L₂、L₃、……、L_i、……L_n。为了确保各浓度实验中条件一致，因此渗透试验中应根据渗透土样的长度逐级降低渗透压力

确保各源浓度的渗透试验中渗透速度均一致；

步骤六、以各源浓度渗透试验测试所得的稳定出流浓度C_e和吸附在土颗粒上的浓度C_s分别为横坐标和纵坐标，绘制成图，采用各等温吸附模型对试验点进行拟合，拟合程度最佳的曲线确定为该土样的等温吸附曲线。

目标污染物采用Pb²⁺，土样采用粘质粉土原状土样。截取长为100mm，直径为101mm的土柱，在其侧面套好乳胶膜，装入柔壁渗透仪的压力室内。安装过程中注意排气和保持密封性，然后对试样进行饱和。饱和完毕，采用浓度为50mg/L的Pb²⁺溶液开展污染物完全击穿的渗透土柱试验。围压可以根据取样土柱的埋深实际设置，这里我们设置为20kPa。渗透试验过程中分时段收集出流溶液，测试出流溶液的浓度，如果连续三个时段测试的出流溶液中Pb²⁺浓度C_e与前一个时段相比不再增大，即C_e连续四个时段持续保持稳定时，关闭阀门，停止试验。将土样取出，从土柱底部切下1.5cm厚土样，从中取一部分烘干测试其含水量w，另取一部分进行消解，采用火焰原子吸收光谱仪测试湿土样中Pb²⁺总质量m_a。

剩下的土柱则继续采用污染源浓度C₀为100mg/L的溶液进行渗透试验，直至溶液完全击穿。由于土柱由10cm变为8.5cm，为了确保流速速度的一致性，试验中调整渗透压力为前值的8.5％，从被击穿土样底部切下1.5cm厚土样用于测试分析。测试得到土样含水量w和湿土样中Pb²⁺总质量m_a。

重复上述步骤，依次采用200、400、600、800mg/L的Pb²⁺溶液作为渗透源溶液开展完全击穿的渗透试验。土柱完全击穿后，从被击穿土样底部切下1.5cm厚土样用于测试分析。测试得到土样含水量w和其湿土中Pb²⁺全量浓度C_a。

图1为各源浓度对应的击穿出流曲线。如图所示，源浓度为50mg/L的击穿试验所需时间较长，而后各源浓度的击穿平衡时间逐渐变短。另外源浓度为

的击穿曲线的起始浓度都是源浓度为

的击穿平衡试验的平衡浓度

各源浓度的击穿试验中吸附在土柱土颗粒上的目标污染物浓度采用如下公式计算：

式中：C_s—吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度(mg/g)；

m_a—湿土样中目标污染物总质量，单位为mg；

m₁—消解所取湿土样质量，单位为g；

w—试样含水率；

C_e—污染物击穿土柱时的出流浓度(mg/L)；

ρ_w—试验温度下水的密度(g/cm3)。

结果如表1所示。以各源浓度渗透试验测试所得的稳定出流浓度C_e和吸附在土颗粒上的浓度C_s分别为横坐标和纵坐标，绘制成图2。采用各等温吸附模型对试验点进行拟合，拟合程度最佳的曲线确定为该土样的等温吸附曲线，具体拟合曲线见图2。

表1各源浓度对应的出流浓度C_e和土颗粒吸附污染物浓度C_s

Claims (1)

1.一种连续测定土体状态等温吸附曲线的方法，其特征在于：其方法如下所述：

步骤一、将长度为L₁的原状土柱按照柔性壁渗透仪的操作流程装入渗透仪压力室中，连接好管路，考虑土样的埋深处所受的侧向土压力设置围压为P_c，参考现场的实际水头设置渗透压力为P₁，采用浓度为C₀1的源溶液进行污染物完全击穿平衡的渗透土柱试验；

步骤二、分时段收集出水管流出的溶液，采用火焰原子吸收光谱仪测试收集溶液中目标污染物的浓度，待目标污染物溶液完全击穿土柱时关闭阀门停止试验，击穿标准：待连续三个时段测试的出流溶液中目标污染物浓度与前一个时段相比不再增大，即C_e连续四个时段持续保持稳定；

步骤三、将土样取出，从土样下部切出一段长为1-2cm的土样，针对切下来的土样，取一部分烘干测试其含水量w，另取一部分设定质量为m₁进行消解，测试其中目标污染物总质量m_a；

步骤四、计算吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度C_s，计算公式如下：

式中：C_s—吸附在土柱土样颗粒上的目标污染物浓度，单位为mg/g；

m_a—湿土样中目标污染物总质量，单位为mg；

m₁—消解所取湿土样质量，单位为g；

w—试样含水率；

C_e—污染物击穿土柱时的出流浓度，单位为mg/L；

ρ_w—试验温度下水的密度，单位为g/cm³；

步骤五、将剩余的土样继续装入柔壁渗透仪中进行渗透试验，重复步骤一至步骤四，渗透源溶液依次采用从低到高的浓度为

渗透试验中，采用的土样始终为同一土样，但是土样长度在逐级变短，分别为L₂、L₃、……、L_i、……L_n，为了确保各浓度实验中条件一致，因此渗透试验中应根据渗透土样的长度逐级降低渗透压力

确保各源浓度的渗透试验中渗透速度均一致；

步骤六、以各源浓度渗透试验测试所得的稳定出流浓度C_e和吸附在土颗粒上的浓度C_s分别为横坐标和纵坐标，绘制成图，采用各等温吸附模型对试验点进行拟合，拟合程度最佳的曲线确定为该土样的等温吸附曲线。

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