黄土区是我国重要的煤炭生产区,古土壤层在黄土区包气带中广泛发育。在煤炭开采和洗选过程中,会产生大量煤矸石,露天堆放的煤矸石在长期降水淋滤作用下,会释放出含有大量污染物的淋滤液,进而对矿区周围的地下水造成严重污染。黄土区煤矸石淋滤液在进入地下含水层之前,必定会流经古土壤层。因此,为了准确评估煤矸石淋滤液对地下含水层的影响,必须明确古土壤层对这些污染物的防污性能。
研究表明,通过室内渗透试验和批式吸附试验,可以了解古土壤对煤矸石淋滤液中典型污染物如Mn²⁺,Zn²⁺,Cu²⁺和SO₄²⁻的阻隔能力。渗透试验结果显示,煤矸石淋滤液作用下古土壤试样的渗透系数在0.852×10⁻⁹至1.01×10⁻⁹ m/s之间,相比使用蒸馏水时降低了1.5倍以上。这种渗透系数的降低,主要是由于煤矸石淋滤液与古土壤发生化学反应,生成的沉淀物堵塞了古土壤试样中的孔隙,显著减少了渗透性。
批式吸附试验结果同样引人注目。研究显示,古土壤能够有效吸附Mn²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等重金属离子,其吸附过程符合非线性的Freundlich模型。这一现象主要归因于古土壤层中黏土矿物与重金属离子之间的离子交换反应,这是古土壤吸附重金属的主要途径。然而,由于古土壤颗粒呈现电负性,它们与SO₄²⁻之间存在相互排斥作用,导致对SO₄²⁻的吸附能力有限。
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