PRB处理酸性矿山废水的地球化学反应模拟研究

随着工业的迅速发展,矿产资源的需求也随之增加,采矿过程中产生的酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)对周围环境具有严重危害性,可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)通过下放置反应材料,利用自然水力梯度拦截污染羽流,该技术已成为有效处理AMD的手段之一。为研究PRB内化学反应堵塞对其处理效果的影响,搭建了规模为60 cm×15 cm×20 cm的箱体装置,模拟石灰石PRB处理AMD的过程;基于箱体实验得到的数据,并利用化学反应输运模型理论开发了一种新的地球化学算法,来描述PRB处理AMD过程中可能会发生的化学反应,最后通过MODFLOW和RT3D的耦合模拟并预测PRB有效处理污染物质的最大寿命。结果表明:①有效地模拟出了PRB中石灰石的酸性中和能力及其对酸性废水中总铁、Al^(3+)的去除效果,并且很好地反映出PRB系统的化学堵塞过程;②模拟结果与实测值吻合程度较好。进口区域、中间区域以及出口区域3个不同位置处出水的pH实测值与预测值的最大误差分别为0.38、0.30和0.29,总铁质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.570、0.102和0.124 mg/L,Al^(3+)质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.010、0.374和0.160 mg/L;③预测结果表明,该实验室规模的PRB装置在前30 d出水中的总铁和Al^(3+)质量浓度最低,去除效果最好,且去除能力随着时间逐渐减弱。参照地下水质量标准限制,判断出该石灰石PRB能够有效处理总铁的最大寿命为132 d,有效处理Al^(3+)的最大寿命为63 d。

华南地区含硫化物金属矿山生态环境中的重金属元素地球化学迁移模型--重点对粤北大宝山铁铜多金属矿山的观察

粤北大宝山是华南金属成矿带的大型铁铜、铅、锌、钼等多金属综合性矿床,富含硫化物,位于北江支流横石河的上游分水岭,流域封闭性很好。矿山开发引起横石河下游的上坝村成为远近闻名的"癌症"村,部分村民出现"痛痛病"疑似症状。由于其特殊的地理位置和对下游引发的严重污染,该矿山成为研究湿热地区含硫化物金属矿山重金属元素生态-环境地球化学迁移的理想场所。以Zn为例,该矿山重金属元素从矿体中向生物体迁移过程经过尾砂/水反应界面、水/沉积物反应界面、土壤/间隙水溶液界面和土壤/植物界面4个重要的反应界面。其中,尾砂/水反应界面控制重金属从源头尾砂中的释放;水/沉积物反应界面控制重金属在水体中与河流沉积物的沉淀与释放的平衡;土壤/间隙水溶液界面控制土壤生物有效性;土壤/植物界面控制生物对重金属的吸收与利用。4个界面的介质间相互作用较好地刻画大宝山矿山因为开采,重金属元素从内生环境中曝露出来,然后在表生环境中释放、迁移、转化、归宿的迁移模式。上述认识对矿山重金属污染治理具有重要的指导意义。通过改变重金属迁移反应界面的条件,可以阻断矿山元素的迁移,达到污染治理的目的。

地球化学反应平衡模型的建模方法

简要介绍了各种地球化学反应模型及建模思想 ,重点介绍了最基本的地球化学反应平衡模型建立过程中的一些基本概念和建模的一般方法 ,并就模型实际应用中 ,在概念模型的确立、热力学数据资料的使用范围、模型计算中离子强度、温度、压力、p H值等方面存在的问题和影响因素 ,作了较为全面的说明。

水文地球化学反应-迁移-分异模型

为水资源水质评价和环境水化学研究奠定理论基础和科学依据 ,将理论化学与传统水文地球化学融合在一起 ,运用三相平衡原理 ,矿物溶解的偏平衡理论 ,建立了典型水文地质蓄水构造的水文地球化学反应 -迁移 -分异模型 ,研究了蓄水构造内不同区带的主要化学反应 -迁移 -分异特点 ,探讨了水文地球化学分带代表性矿物 ,化学指标和水化学类型分带特征。全面系统地论述了补给区—补给迳流区—迳流区—排泄区 ,地下水中物质成分的形成和演化规律 ,并提出矿物饱和指数的新意义。实例表明 ,该模型具有理论和应用价值。

与元素丰缺有关的水文地球化学生态环境模型

通过对离柳地区元素丰缺与生物和人群健康关系的地方病分布特征的分析 ,再结合其他地区的水文地质蓄水构造和不同水文地球化学作用、元素形成、迁移、分异特征 ,及与人群健康和生物的某些生态环境问题 ,耦合成为水文地质蓄水构造 -水文地球化学 -生态环境多重耦合模型 ;依据生态位理论将水文地质蓄水构造区内划分为三种不同的生态环境区 ,并作了分析和描述。将水资源与生态环境形成一个整体研究系统 ,为不同生态环境区水资源的合理开发利用 ,以及生态环境的控制。

地球化学反应模型的发展及其应用

根据近年来地球化学反应模型的发展及其应用现状 ,对新发展的建模方法手段、模型计算方法以及模型计算软件作了简要的归纳和评述 ,最后以地球化学反应模型用于成矿动力学研究的应用为例 ,说明地球化学反应模型在地球化学研究中 ,对了解反应体系中物质的形态、分布、迁移和转化 。

广西贵港市覃塘区土壤Cu地球化学特征与生态健康研究

【研究目的】铜(Cu)是人体必需的微量元素之一,适量摄入Cu十分重要,但缺乏或过量摄入Cu,对人体健康也有损害。因此,通过获知每个人日摄入Cu含量范围,进而确定农产品与土壤的Cu含量最佳范围对保障人体健康至关重要。【研究方法】本文以广西贵港市覃塘区为研究区,依据研究区内居民膳食结构调查结果,以及1∶5万土地质量地球化学调查获取的土壤、农作物及根系土中Cu含量,研究了土壤与水稻籽实中Cu含量特征与空间分布规律,分析了水稻籽实吸收Cu元素的影响因素,研究构建了水稻籽实Cu含量预测模型,推算出研究区内安全开发、种植水稻的土壤Cu含量最佳范围。【研究结果】研究区土壤Cu含量范围为6~74 mg/kg,平均值、中位值分别为28 mg/kg、26 mg/kg,仅有1.6%超过了GB15618中规定的Cu含量风险筛选值,且主要分布在碳酸盐岩出露区,该地区土壤中普遍发育铁锰结核,土壤Cu等重金属生物活性较低。研究区水稻Cu含量范围为0.790~4.440 mg/kg,平均值、中位值为2.452 mg/kg、2.718 mg/kg,60件水稻样品均未超过NY861-2004规定的Cu限量值。【结论】研究区内为保障人体健康、降低生态风险的水稻Cu含量最佳范围为0.615~8.204 mg/kg。研究区内安全开发、种植水稻的土壤Cu含量最佳范围为684 mg/kg。

陆地生物地球化学模型的应用和发展

以TEM和DNDC模型为例 ,在分析国外生物地球化学模型发展基础上 ,按照模拟方法、应用目的、元素类型、生态系统类型和空间尺度等对现有的生物地球化学模型进行了分类 .对生物地球化学模型的基本框架 (植物、大气和土壤 3个组分及植物 大气、植物 土壤和土壤 大气界面等 3个界面 ) ,以及内部基本过程 (物理的、化学的和生物的过程 )进行了总结分析 .对目前生物地球化学模型建立中的几个问题(如跨尺度问题、与地理信息系统 (GIS)和遥感技术结合、考虑人类活动的影响和生物地球化学模型的比较研究 )的研究动态进行了评价 .

模拟酸雨条件下垃圾填埋的重金属地球化学迁移模型——以徐州为例

为研究酸雨沉降条件下垃圾中重金属迁移过程,以重金属浓度变化为基础,建立了生物反应器填埋场重金属浸出和淋出的地球化学迁移过程模型和地球化学迁移的数学预测模型。研究表明,重金属的浸出顺序为As、Ni、Cr、Co、Cd、Mn、Cu、Zn、Sn、Hg、Pb、Fe,淋出顺序为Mn、Co、Ni、Cr、Cu、Cd、As、Fe、Zn、Hg、Pb、Sn;对生活垃圾重金属浸出所建立的数学模型大多为指数函数、幂函数、二次函数,对模拟酸雨条件下的生物反应器填埋场重金属的淋出建立的数学模型大多为二次函数、幂函数,数学模型的相关系数在0.9以上,模型拟合效果较为理想;通过引进重金属元素释放系数建立了生物反应器填埋场重金属淋出累积总量的模型,修正后的模型的计算结果和实测值的误差在千分之一以内,可用于预测填埋场内重金属溶出总量。

基于地球化学因子影响的生活垃圾降解动态模型

在生物反应器填埋场厌氧填埋实验研究的基础上,进行了垃圾降解的地球化学过程分析,建立了受地球化学因子影响,反映生物反应器填埋场水质变化的COD、VFA、及NH4+-N浓度变化的动态模型。研究表明:该模型拟合值与实测值吻合较好,能较好地预测垃圾填埋降解过程中水质的变化,为填埋场的渗滤液处理和水质污染控制提供理论依据。

城市环境地球化学系统模糊评价初探

结合我国城市发展现状,尝试从理论评价(城市化进程)和城市实际环境状况(地球化学基线、城市环境地质)两个综合角度,用多层次模糊数学模型来作为对系统评价研究的探索,并通过对X市的经验评价说明了方法的可行性。

环境地球化学的新起点——非线性环境地球化学过程的研究

文章综述了我国环境地球化学发展的历程、环境地球化学在科学领域和环境科学中的位置以及学科的综合性和边缘性。作者系统阐述非线性环境地球化学出现的必然性,指出研究目标、内容和入门的途径,以及研究的方法和程序。从元索地球化学分布的静态数学模型到地质历史演化过程的动态数学模型,以及元素地球化学循环耦合作用模型,作者认为非线性是环境地球化学过程最本质的特征。

运用地球化学防治矿山环境污染

本文阐述了运用地球化学防治矿山环境污染的基本原理和一些应用实例,介绍了矿山环境污染和地球化学的基本联系;阐述了地球化学勘查方法和对尾矿、废石以及矿山酸性废水的治理的应用;探讨了美国在矿床的地球化学背景和基准值、矿床地质—环境模型应用方面的先进经验,并针对国情提出了一些其它防治矿山环境污染的地球化学方法。

维西楚格咱铁矿地球化学特征及模型建立

楚格咱铁矿是典型火山沉积—改造型中型菱铁矿矿床,伴有锰、铜、铅、锌。区域地球化学异常为偏心分布,元素组合反映中低温热液活动及基性火山岩成矿活动,1∶5万化探资料反映较好。通过分析总结建立地球化学模型。

谈谈环境水文地球化学中的几个问题

环境水文地球化学是研究人的水文地球化学活动。因人的活动对地下水化学成分形成作用的影响和地下水的变质作用的评价,主要是对水文地球化学环境变化的评价。热力学平衡模型的应用是有条件的,它适用于水交替较迟缓的、地球化学环境较均匀的地区。谨慎地应用局部平衡假设,可使热力学平衡模型的运用扩大。污染质在地下水中的迁移模型,应是渗透水动力学模型与地球化学模型有机结合的。这种结合在数学上是有困难的,文中介绍了两个解决上述困难的例子,目的在于抛砖引玉。希望在我国出现更多更好的与水文地球化学结合的水质迁移模型。

耕地“非粮化”演化机制与治理策略——基于刺激—反应模型的案例研究

研究目的:梳理耕地“非粮化”演变阶段特征,探究耕地“非粮化”演化过程中环境与农户主体作用的内在机制。研究方法:单案例研究法,访谈法、问卷调查法。研究结果:(1)基于刺激—反应理论模型构建的耕地利用系统演化历程特征与复杂适应系统特征十分契合;(2)在宏观实践演绎中,不同类型农户主体不断调整自身行为以适应外部环境,最终推动耕地“非粮化”演化经历了自组织萌芽—自适应发展—他组织优化三个阶段;(3)从微观主体反应来看,不同主体的“非粮化”行为趋向存在差异。家庭劳动力约束与资本约束较弱的农户主体对于外部环境反应更加明显,反之则反应较弱。研究结论:耕地利用系统具有情景依赖特征,可以从系统自组织、系统他组织、系统要素协同三方面构建耕地“非粮化”调控措施。

多重分形滤波方法和地球化学信息提取技术研究与进展

圈定地球化学异常是勘查地球化学和环境地球化学研究中的一项基础性工作。笔者通过详细分析近30年来与地球科学密切相关的分形和多重分形等现代非线性理论和新方法的迅速发展和应用,特别是以解决地球化学复杂背景与叠加异常分解难题为例,介绍了广义自相似理论与分形滤波技术的发展和应用,相信在资源、环境、灾害的其他应用领域也将发挥重要影响。文中阐明了多重分形是更具普适性的地球化学元素分布模式,"密度-面积"分形模型是刻画地球化学异常的基础模型,并为多个空间开展分形滤波和分解地球化学复杂背景与叠加异常的理论基础。该方法的显著优势在于将地球化学场的各向异性、尺度不变性、广义自相似性等特征集于一体,具有压制变化性背景干扰,突出局部异常的能力,其中C-A和S-A业已广泛应用于矿产勘查靶区圈定和环境污染模式识别,形成了分解地球化学复杂背景和叠加异常的常用技术,在国内外多个成矿区带取得了显著的找矿效果。

吉林伊通-大屯地区晚中生代-新生代玄武岩的地球化学特征及其意义

吉林伊通-大屯地区有长达80Ma的火山喷发历史,为探讨该区深部地质演化提供了条件。从晚白垩长春大屯火山(92．5±0．5Ma)到伊舒地堑内第三纪伊通火山群(31Ma、9～15Ma),玄武岩碱性逐渐增强,Dy/Yb比值逐渐升高,根据地幔动态熔融模型计算获得的玄武岩最终形成深度由约50km变深至110km。根据岩石圈盖效应推测该区晚白垩纪以来岩石圈厚度逐渐增厚。伊通第三纪碱性玄武岩显示了均一的地球化学组成;类似洋岛玄武岩(OIB)的微量元素分配模式和Nb/U比值,以及低(^(87)Sr/^(86)Sr)_i、正ε_(Nd)(t)同位素特征暗示它主要来源于软流圈。与第三纪碱性玄武岩相比,晚白垩大屯拉斑玄武岩具有相对偏高的Ni、Cr和Sc,高Ba/Th、Rb/Nb、Ba/Nb比值,高(^(87)Sr/^(86)Sr)_i和低(^(143)Nd/^(144)Nd)_i。这些特征可能与软流圈熔体与古老富集地幔之间的相互反应有关。伊通-大屯玄武岩的演化特征反映了岩石圈在板内岩浆作用中所担当的不同角色:第三纪时,岩石圈并没有在物质上直接参与岩浆作用,但岩石圈对上涌软流圈起到了机械阻挡作用;而在晚白垩岩浆作用中,岩石圈的间接和直接作用都得到了体现。

潜流带生物地球化学特征研究进展

潜流带(即地表水-地下水交互作用带)是位于地表水和地下水之间发生物质和能量交换的,具有物理、化学、生物梯度的饱和含水带。潜流带内发生着强烈的生物地球化学过程,在改善水环境质量和维持水生态系统稳定中发挥着重要作用。潜流带生物地球化学特征主要受河床沉积物结构特征、水文特征、环境特征、生物群落格局、物质输入等因素的影响,潜流带内C、N、P元素以及有毒金属元素(Fe、Mn、As、Hg等)会发生氧化-还原、吸附与解吸、沉淀与溶解、生物催化等生物地球化学过程。原位监测、数值模拟、原位培养和地球物理探测等技术是潜流带中生物地球化学过程研究中常用的研究手段。未来针对潜流带的研究可以从监测和数值模拟技术、河床沉积物变化特征以及微生物生态系统的结构和功能等方面进一步开展。