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包气带的水质变化试验研究范文

时间:2022-08-19 09:46:26

包气带的水质变化试验研究

《北京水务杂志》2014年第二期

1各采样点水质变化规律

在试验过程中,根据设定的采样频率,采集各采样孔水样并测试分析。根据水质检测数据,绘制各采样孔的水质变化曲线,以K+、Ca2+、Cl-和溶解性总固体TDS为例(图1)。据图1和试验过程中的各水质指标的浓度检测数据,各采样点水质变化特征如下:(1)淋溶1代表试验过程中的进水水样,即南水北调水源水样,水样中的各种组分浓度基本稳定;(2)在淋溶2、3、4采样点水样中,K+、Ca2+、Cl-及TDS等组分,因试验初期淋溶作用强烈,土柱中的可溶组分在淋溶过程中快速析出进入水中,浓度高于进水,试验中后期,各采样点水样中的浓度不断降低并趋于平稳,接近进水浓度,表明淋溶析过程完成;(3)在淋溶2、3、4采样点水样中,Ca2+浓度变化过程与其他离子浓度变化相反,在试验初期低于进水浓度,缓慢升高后趋于稳定,接近进水浓度。

2水质变化机理分析

2.1阳离子交换吸附显著同一时刻自上而下各采样点K+、Ca2+浓度的历时变化曲线见图2。据图2,自淋溶2采样孔至淋溶4采样孔,各时刻出水中K+浓度不断升高,同时出水中的Ca2+浓度则不断降低,表明在丹江口水库水淋溶过程中,进水中的Ca2+与土中吸附的K+之间发生了显著的阳离子交换吸附作用[2],导致了淋溶过程中水样中的K+浓度不断升高,Ca2+浓度不断降低,交换吸附方程式为:2KX+Ca2+=CaX2+2K+。

2.2NH3-N、NO3-N、NO2-N及pH值变化出水的pH值变化与硝化反应、土中吸附的NH3-N解析关系密切。同一时刻自上而下各采样点NH3-N、亚硝态氮NO2-N、NO3-N浓度和pH值的历时变化曲线见图3。自淋溶2采样孔至淋溶4采样孔,出水pH值在试验前期和中期总体表现为升高的变化趋势,试验后期趋于平稳。在试验前期和中期,土体颗粒表面吸附的分子态NH3-N将发生解析作用,使得自上而下的NH3-N浓度不断升高。同时,部分NH3-N与水中的H+结合形成NH4+,导致水中的pH值呈现升高的变化趋势,反应方程式为:NH3+H+=NH4+,H2O→H++OH-。在淋溶水自上而下运移的过程中,因NO2-N、NO3-N浓度呈微弱的升高趋势,表明淋溶柱中发生了轻微的硝化反应[2],部分NH3-N转化为NO2-N和NO3-N,反应方程式为:NH3+O2=NO2-+H++H2O,2NO2-+O2=2NO3-。虽然硝化反应将使得pH值降低,但可能NH3-N的解析占主导地位,淋溶柱中自上而下pH值总体呈现轻微的升高趋势。

3结论

根据南水北调水源淋溶试验结果,可得出如下结论。(1)南水北调水源在回灌经过包气带介质过程中,可溶组分的物理溶出占主导地位,介质中可溶组分将不断溶出,经过足够长的时间,包气带的出水水质将与南水北调水源的水质一致。(2)南水北调水源淋溶过程中发生了显著的阳离子交换吸附作用。南水北调水源中的Ca2+与包气带介质中吸附的K+在试验过程中交换吸附,土柱自上而下出水中Ca2+浓度降低,而K+浓度升高。历时30d后,交换吸附作用基本完成,且出水的K+、Ca2+浓度最终趋于进水浓度。(3)在南水北调水源淋溶过程中,包气带介质中吸附的NH3-N解析,同时发生了NH3-N向NO2-N、NO3-N转化的硝化反应。由于NH3-N解析作用占主导地位,淋溶水在向下迁移过程中pH值呈微弱的升趋势。但试验进行15d后,NH3-N解析及硝化作用基本完成,以后的包气带介质出水接近进水浓度。(4)试验结果表明:南水北调水源回灌初期,水源经过包气带后,除Ca2+外,各可溶组分的浓度会暂时升高,对地下水质可能会产生一定的负面影响。但长期回灌过程中,包气带中的可溶组分溶出完成,南水北调水源回灌对地下水质影响可不考虑包气带淋溶过程。

作者:刘立才陈志立李炳华杨勇单位:北京市水科学技术研究院山东省巨野县水务局

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