包氣帶的水質變化試驗研究范文

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《北京水務雜志》2014年第二期

1各采樣點水質變化規律

在試驗過程中，根據設定的采樣頻率，采集各采樣孔水樣并測試分析。根據水質檢測數據，繪制各采樣孔的水質變化曲線，以K+、Ca2+、Cl-和溶解性總固體TDS為例（圖1）。據圖1和試驗過程中的各水質指標的濃度檢測數據，各采樣點水質變化特征如下：（1）淋溶1代表試驗過程中的進水水樣，即南水北調水源水樣，水樣中的各種組分濃度基本穩定；（2）在淋溶2、3、4采樣點水樣中，K+、Ca2+、Cl-及TDS等組分，因試驗初期淋溶作用強烈，土柱中的可溶組分在淋溶過程中快速析出進入水中，濃度高于進水，試驗中后期，各采樣點水樣中的濃度不斷降低并趨于平穩，接近進水濃度，表明淋溶析過程完成；（3）在淋溶2、3、4采樣點水樣中，Ca2+濃度變化過程與其他離子濃度變化相反，在試驗初期低于進水濃度，緩慢升高后趨于穩定，接近進水濃度。

2水質變化機理分析

2.1陽離子交換吸附顯著同一時刻自上而下各采樣點K+、Ca2+濃度的歷時變化曲線見圖2。據圖2，自淋溶2采樣孔至淋溶4采樣孔，各時刻出水中K+濃度不斷升高，同時出水中的Ca2+濃度則不斷降低，表明在丹江口水庫水淋溶過程中，進水中的Ca2+與土中吸附的K+之間發生了顯著的陽離子交換吸附作用[2]，導致了淋溶過程中水樣中的K+濃度不斷升高，Ca2+濃度不斷降低，交換吸附方程式為：2KX+Ca2+=CaX2+2K+。

2.2NH3-N、NO3-N、NO2-N及pH值變化出水的pH值變化與硝化反應、土中吸附的NH3-N解析關系密切。同一時刻自上而下各采樣點NH3-N、亞硝態氮NO2-N、NO3-N濃度和pH值的歷時變化曲線見圖3。自淋溶2采樣孔至淋溶4采樣孔，出水pH值在試驗前期和中期總體表現為升高的變化趨勢，試驗后期趨于平穩。在試驗前期和中期，土體顆粒表面吸附的分子態NH3-N將發生解析作用，使得自上而下的NH3-N濃度不斷升高。同時，部分NH3-N與水中的H+結合形成NH4+，導致水中的pH值呈現升高的變化趨勢，反應方程式為：NH3+H+=NH4+，H2O→H++OH-。在淋溶水自上而下運移的過程中，因NO2-N、NO3-N濃度呈微弱的升高趨勢，表明淋溶柱中發生了輕微的硝化反應[2]，部分NH3-N轉化為NO2-N和NO3-N，反應方程式為：NH3+O2=NO2-+H++H2O，2NO2-+O2=2NO3-。雖然硝化反應將使得pH值降低，但可能NH3-N的解析占主導地位，淋溶柱中自上而下pH值總體呈現輕微的升高趨勢。

3結論

根據南水北調水源淋溶試驗結果，可得出如下結論。（1）南水北調水源在回灌經過包氣帶介質過程中，可溶組分的物理溶出占主導地位，介質中可溶組分將不斷溶出，經過足夠長的時間，包氣帶的出水水質將與南水北調水源的水質一致。（2）南水北調水源淋溶過程中發生了顯著的陽離子交換吸附作用。南水北調水源中的Ca2+與包氣帶介質中吸附的K+在試驗過程中交換吸附，土柱自上而下出水中Ca2+濃度降低，而K+濃度升高。歷時30d后，交換吸附作用基本完成，且出水的K+、Ca2+濃度最終趨于進水濃度。（3）在南水北調水源淋溶過程中，包氣帶介質中吸附的NH3-N解析，同時發生了NH3-N向NO2-N、NO3-N轉化的硝化反應。由于NH3-N解析作用占主導地位，淋溶水在向下遷移過程中pH值呈微弱的升趨勢。但試驗進行15d后，NH3-N解析及硝化作用基本完成，以后的包氣帶介質出水接近進水濃度。（4）試驗結果表明：南水北調水源回灌初期，水源經過包氣帶后，除Ca2+外，各可溶組分的濃度會暫時升高，對地下水質可能會產生一定的負面影響。但長期回灌過程中，包氣帶中的可溶組分溶出完成，南水北調水源回灌對地下水質影響可不考慮包氣帶淋溶過程。

作者：劉立才陳志立李炳華楊勇單位：北京市水科學技術研究院山東省巨野縣水務局