胶体在地下水中的环境行为特征及其研究方法探讨-水科学进展.PDF

第２７卷 第４期 水 科 学 进 展 Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４ ２０１６年７月　 　 ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＷＡＴＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｊｕｌ．，２０１６ ＤＯＩ： １０１４０４２／ ｊｃｎｋｉ３２１３０９２０１６０４０１８ 胶体在地下水中的环境行为特征及其研究方法探讨 １，２ １，２ １，２ １，２ １，２ １，２ 张文静 ， 周晶晶 ， 刘　 丹 ， 李昊洋 ， 于喜鹏 ， 桓　 颖 （１ 吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室， 吉林 长春　 １３００２１； ２ 吉林大学环境与资源学院， 吉林 长春　 １３００２１） 摘要： 在收集查阅国内外已有研究资料的基础上， 对地下水中胶体稳定性、 迁移机制以及模拟预测方法进行了详 细归纳和总结。 研究表明， 胶体稳定性主要受自身理化性质和水文地球化学条件的影响， 其受控于胶体粒径、 形 态、 电势电位以及地下水的ｐＨ、 离子强度等条件。 胶体在多孔介质中的迁移机制主要表现为胶体沉积和形变阻塞， 其中针对胶体稳定性的差异性， 胶体沉积过程分别表现为表面封阻和过滤熟化。 目前有关胶体在地下水中迁移的 模拟技术已发展得日益成熟， 但结合多孔介质非均质性和胶体化学性质非均质性的数学模型还需进一步探讨。 关键词： 胶体； 多孔介质； 胶体稳定性； 迁移机制； 模拟预测 中图分类号： Ｘ５２３； Ｇ３５３１１　 　 　 文献标志码： Ａ　 　 　 文章编号： １００１⁃６７９１（２０１６）０４⁃０６２９⁃１０ 近年来越来越多的研究表明， 广泛存在于地下水系统中的胶体充当了许多微量元素及有机组分的迁移载 ［１⁃２］ 体， 其在物质传递过程中起着重要作用 。 与固相介质相比， 胶体有着巨大的比表面积和较多的自由电荷， 因此， 微量元素、 放射性核素以及病毒微生物等， 对胶体显示出更高的亲和性， 使得原本移动性很弱的组分 ［３⁃５］ 通过可移动的胶体加速移动， 对地下水环境造成潜在威胁 。 有研究指出， 从 １０ｎｍ 到几微米尺度的黏土 ［６⁃７］ 矿物、 氧化物和碳酸盐等胶体， 可以促进地下水中Ｃｕ、 Ａｓ、 Ｃｒ、 Ｃｄ、 Ｎｉ、 Ｐｂ 和Ｕ迁移 。 此外， 由于分 散在水中的胶体性质表现稳定， 有些地区地下水中微量元素在胶体影响下的迁移速度和距离要远远大于理论 ［８］ ［９］ 预测值 。 不仅如此， 胶体还可以影响病毒在地下水中的迁移 。 这些无疑都证实了胶体是影响地下水环 境质量的重要因素之一。 因此， 科学评价胶体在地下水中的环境行为是准确掌握病毒、 微生物及胶体所携带污染物（如重金属离 子和放射性核素等）在地下水中迁移归宿的重要依据。 早在 １９世纪４０ 年代， Ｄｅｒｙａｇｉｎ、 Ｌａｎｄａｕ、 Ｖｅｒｖｅｙ 和 Ｏｖｅｒｂｅｅｋ４位学者就提出了计算胶体稳定性的ＤＬＶＯ理论。 此后， 大量关于胶体吸附和稳定性评价方面的研 究应用了ＤＬＶＯ理论。 但是基于ＤＬＶＯ理论应用的前提条件， 不考虑胶体所受到的水合力、 疏水力和空间排 斥力以及单分散相⁃单价态离子分散介质的特定评价对象， 其应用还存在一定的局限性。 １９世纪７０ 年代， ［１０］ Ｙａｏ等 首次提出了胶体过滤理论（ＣＦＴ，Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ）， 并被广泛应用于描述多孔介质中的胶体 ［１１］ ［１２］ ［１３］ 迁移研究。 Ｎｅｌｓｏ