分散胶体颗粒动水絮凝导致滨海地层损害的机理研究

目前海咸水入侵已成为沿海地区的一种重大环境灾害问题。对于咸水入侵问题，最直接的控制和恢复办法是用淡水驱替咸水，然而上述过程会出现明显的地层损害问题。已有的研究工作并未给出海水入侵含水层中分散粘粒的动水絮凝与含水介质渗透性变化之间的作用机制。本申请项目通过不同规模的水化学、胶体和砂柱渗透试验，研究多孔介质中胶体动水絮凝、沉积的动力学过程及其影响因素，并从微观和宏观上探索咸淡水界面上地层损害的水化学和胶体化学机制及其影响效应。在此基础上，优化胶体动水絮凝、沉积导致含水层渗透性变化的水化学和水动力控制条件，建立动水絮凝作用下地层损害的预测预报模型。通过申请项目的研究，可以明确淡水驱替咸水过程中地层损害与粘土絮凝行为的内在联系，为微咸水含水层的修复和治理提供科学的依据。

粘土胶体在多孔介质中运移时容易发生絮凝现象，导致含水层渗透性的降低。本课题选用无胶体砂填充柱，采用静水絮凝批量试验和动水絮凝砂柱试验，通过测量胶体ζ电位、截留比等来研究多孔介质、水化学、水动力和粘土类型等因素对粘土胶体在多孔介质中迁移规律的影响。研究得出的主要结论为：(1) 相同水化学条件下，多孔介质中动水絮凝速度要明显快于静水絮凝速度；(2) 阳离子交换作用加速了多孔介质中粘粒的絮凝沉积过程。(3) 多孔介质结构本身对运移的悬浮胶体颗粒对动水絮凝过程有一定的影响，颗粒愈细，影响愈大。(4) 一价阳离子中，钾离子对伊利土动水絮凝的影响要比钠离子更为显著；对不同价位阳离子而言，二价阳离子静水和动水絮凝速度都要比一价阳离子快的多，对含水介质渗透性的影响也更大；(5) 不同胶体类型的截留量空间分布规律并不相同。高岭土是从入水口到出水口，截留量依次降低，而蒙脱土和伊利土的截留量分布规律恰好相反；（6）水流流态不同时，颗粒的截留量空间分布规律明显不同：砂柱竖放时，从入水口开始截留量依次降低，而横放时的规律刚好相反。重力作用对颗粒的运移影响显著。