河流-地下水渗流系统对城市污水的净化作用及机理

通过野外试验与理论分析，研究了河流－地下水渗流系统对城市污水的净化作用及机理，结果表明：河流－地下水渗流系统对城市污水的COD，重金属，氮等具有很好的净化作用，对COD的去除主要是好氧微生物降解，其次为厌氧微生物降解，重金属与挥发酚主要是土壤吸附作用，而氮的去除是好氧环境中的硝化作用与厌氧环境中的反硝化作用的联合作用的结果，其中硝化作用是氮净化效率的限制因子。     

城市污水土地处理系统中氮的去除与测定

城市污水土地处理是在人工可控的条件下将污水投配到土地上,通过土壤一植物系统自然地完成一系列物理、化学和生物净化过程,达到设计所要求的一种污水处理方法。基本上有慢速渗滤法(SR)、快速渗滤法(RI)和漫流法(OF)三种,而其处理效果往往根据城市污水的特性,用污水中几种污染物的去除率的高低衡量评价。氮是城市污水中通常存在的污染物,它是城市污水土地处理系统(下面简称LTS系统)中需要考核的重要指标之一。众所周知,自然界中氮的存在形态比较复杂。LTS系统中氮的去除,     

地下水渗流补给-内源释放耦合作用下河流水质不确定模拟

针对河流-地下水环境系统的模糊性、不精确性及随机不确定性,采用梯形模糊数描述和表征河流水文、水质及水文地质参数,构建了集成地下水渗流补给与内源释放耦合影响的一维河流水质模糊模拟模型.在此基础上,就地下水渗流补给与内源释放的可能组合,设置5种情景,分别进行水质模拟,并对计算结果进行分析、对比.实例研究表明,对地下水渗流补给与内源释放耦合作用下的河流水质衰减变化规律,梯形模糊数有较好的模拟效果.     

水－油－表面活性剂体系中油含量测量方法的改进

应用原地灌注表面活性剂溶液法去除地下水系统中包气带石油类污染，建立了测定水－油－表面活性剂体系中油含量的方法，第一次提出采用单宁酸沉淀脂肪醇聚氧乙烯醚以去除其对油含量测定的干扰，并成功地应用于清除地下水石油污染的表面活性剂优选实验当中。     

污水土地处理模拟试验比较分析

通过温室条件下，冬小麦３种不同种植密度下（Ａ、Ｂ、Ｃ３组分别为０．０２０８、０．１０４２、０．１４１５株／ｃｍ＾２），氮污染物运移转化吸收模拟试验，分析不同污水土地处理强度下植物生长、根系生长与分布、根系对氮污染物吸收规律以及根系部分吸收与土壤中氮去除过程，探讨最佳的污水土地处理条件和强度。试验结果是，Ａ组单株吸氮量最大达４９．９０ｍｇ／株；Ｂ组种植密度下，土壤中氮累计减少量与随灌水累计加入量相等     

污水人工土快滤处理脱氮机制初探

研究了人工土模拟柱对污水中氮去除的主要机制。试验结果表明，在脱氮的各种机制中，生物硝化－反硝化起着较重要的作用，对全Ｎ的相对去除率为５０％，对ＮＨ＾＋４－Ｎ的相对转化去除率为６９％；对ＳＳ的物理截留也起了一定的作用。     

蚯蚓与污水土地处理试验研究

本研究将蚯蚓－－土壤床作为污水处理的一种试验装置。试验对蚯蚓的耐水能力，蚯蚓负荷、污水浓度以及渗滤速度等因素对污水处理效果的影响了初步研究，结果表明：采用合理的间歇运行引养殖污水土地处理是可行的，系统的去除率随渗滤速度的增加而降低；蚯蚓的存在能提高土壤对氮的吸附能力，提高污水处理脱氧效果。     

渗流式生物床处理污染河水性能的研究

渗流式生物床是受严重污染小型河流强化治理的适宜技术,在中国北方河流污染的治理中有良好的应用前景。冬季由于水温较低带来的去除效果下降是北方河流污染治理的关键问题,本研究在现场中试基础上,考察了一年四季不同水温条件下渗流式生物床处理污染河水的性能。研究表明:渗流式生物床对河水中的CODCr、NH3-N、浊度有较好的去除效果。去除效果和去除负荷受水温影响较大。     

滇池流域硝酸盐污染的氮氧同位素示踪

滇池流域硝酸盐污染严重,厘清其来源对硝酸盐污染治理至关重要。本研究在滇池流域收集河水、湖水、井水、雨水样品,分析了无机氮浓度和硝酸根氮、氧同位素比值。总体上,硝酸盐浓度变化范围较大,从低于检测限到高达13.44mg-N/L,显示流域硝酸盐污染存在较大的空间差异。最高浓度出现在流域南部农田区的井水中,井水样品的氮、氧同位素数据大部分落在化学肥料和大气干湿沉降区,表明农业面源和大气输入对流域浅层地下水产生了污染,污染的浅层地下水又是湖泊水体的一个潜在污染源。流域内河流硝酸盐浓度变化范围较大,总体污染程度高于滇池湖泊水体,氮、氧同位素组成表明大部分河流中硝酸盐来自生活污水和人畜粪便。滇池水体的硝酸盐氮、氧同位素组成和河流的相似,说明人畜粪便和生活污水是主要来源。湖泊水体硝酸盐浓度从南向北有逐渐增加的趋势,这与滇池北部紧邻城区(生活污水)、流域南部主要为农田区(面源污染)的空间格局是一致的。总体上,滇池水体的硝酸盐主要来自城市生活污水,农业面源和大气输入。通过地下水途经进入湖泊主要发生在流域南部地区,具体的贡献份额还需要进一步的计算。     

污染河流中Cr(Ⅵ)对浅层地下水的影响研究

为了研究污染河流中Cr(Ⅵ)对浅层地下水的影响,选用3种天然砂土作为渗透介质进行室内试验,以生活污水模拟污染河水,发现铬在粗砂中第13d发生穿透,此后粗砂对铬的去除率为77%～99%;2种中砂对铬的去除率始终大于91%和96%,铬很难进入地下水.凉水河野外试验表明,凉水河沿岸的1#、2#、3#采样点和煤厂井中Cr(Ⅵ)浓度均不大于地下水中Cr(Ⅵ)的背景浓度,凉水河中的Cr(Ⅵ)对地下水影响较小.还原和沉淀反应是Cr(Ⅵ)去除的主要机理,由于长期污染河流下部渗透介质始终处于厌氧环境,其中富含还原性物质,Cr(Ⅵ)可以通过沉淀反应大部分得以去除,本次试验研究表明污染河流不是地下水铬污染的来源.     

永定河生态补水下渗对地下水质量的影响

以永定河北京段2019~2020年的生态补水为例,通过室内混合实验和淋滤实验研究河水下渗对地下水质量的影响.结果表明,水化学指标的种类与下渗前相比无变化,水-岩相互作用对指标浓度的改变作用也比较有限,指标的浓度水平总体上介于河水和地下水之间.下渗水对地下水质量的改变作用从根本上取决于河水与地下水的质量差异和河水的补给量,两者的质量差异越大且河水的下渗量越大,改变作用就越明显,反之则越微弱.由于补水水源的质量较好,永定河生态补水下渗对地下水质量的影响总体上可接受,而且对影响地下水质量的“瓶颈”指标(如硝酸盐氮)有一定改善作用.     

潮白河再生水生态补给河道区浅层地下水氮转化

再生水与天然地下水水质存在差异,利用再生水生态补给河道区可能会带来环境风险.引温济潮工程已运行10余年,为研究再生水长期河道入渗下不同位置地下水氮组分的演化特征与机制,收集近11年的地表水与地下水监测资料.采用聚类分析将地表水划分为不同区域后选择典型地下水监测点分析氮组分的演化差异,并利用Cl-计算混合比得出地下水中目标成分的计算浓度,初步推测地表水入渗后发生的氮转化,并选取DO、TOC、底泥、水文地质条件等环境指标分析证明.结果表明:①地表水明显分为3组,包括减河、土坝以北潮白河段、土坝以南潮白河段,各组间指标存在显著差异,影响水质差异的主要因素为再生水的氮、磷含量及水体流态.②再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚有利于氮的去除,减河和土坝以北潮白河段地表水中的NO₃--N流经包气带时通过反硝化与同化作用衰减,NH₄+-N通过吸附与硝化作用得以去除,入渗后未引起地下水中的氮浓度明显增加.③而土坝以南潮白河段,河道补水后翌年地下水位抬升并趋于稳定,长期地表水入渗使底泥的氮和有机质含量升高,使得该断面于2013年后达到适宜的碳氮比而发生有机氮矿化作用,由于包气带较薄,生成的NH₄+-N较少吸附于土壤介质中,易随水流入渗而引起地下水中ρ（NH₄+-N）升高.研究显示,再生水入渗过程中,包气带或黏土层较厚可有效去除氮组分,但部分地区包气带较薄且发生有机氮矿化作用会增加地下水的氮污染风险.      

Identification of key factors governing chemistry in groundwater near the water course recharged by reclaimed water at Miyun County, Northern China

Reclaimed water was successfully used to recover the dry Chaobai River in Northern China, but groundwater may be polluted. To ensure groundwater protection, it is therefore critical to identify the governing factors of groundwater chemistry. Samples of reclaimed water, river and groundwater were collected monthly at Chaobai River from January to September in 2010. Fifteen water parameters were analyzed. Two kinds of reclaimed water were different in type (Na-Ca-Mg-Cl-HCO3 or Na-Ca-Cl-HCO3 ) and concentration of nitrogen. The ionic concentration and type in river were similar to reclaimed water. Some shallow wells near the river bed had the same type (Na-Ca-Mg-Cl-HCO3 ) and high concentration as reclaimed water, but others were consistent with the deep wells (Ca-Mg-HCO3 ). Using cluster analysis, the 9 months were divided into two periods (dry and wet seasons), and all samples were grouped into several spatial clusters, indicating different controlling mechanisms. Principal component analysis and conventional ionic plots showed that calcium, magnesium and bicarbonate were controlled by water-rock interaction in all deep and some shallow wells. This included the dissolution of calcite and carbonate weathering. Sodium, potassium, chloride and sulfate in river and some shallow wells recharged by river were governed by evaporation crystallization and mixing of reclaimed water. But groundwater chemistry was not controlled by precipitation. During the infiltration of reclaimed water, cation exchange took place between (sodium, potassium) and (calcium, magnesium). Nitrification and denitrification both happened in most shallow groundwater, but only denitrification in deep groundwater.     

汉江下游河水-地下水交互带中地下水水化学和氮分布特征

河水-地下水交互带被称为生物过滤器,对氮等污染物有截留净化功能。为研究汉江下游河水-地下水交互带氮的分布特征,本文设立了3个剖面和9口钻井,采集沉积物和地下水样品并进行测试。结果表明,在样品采集期间交互带剖面1河水补给地下水,剖面2地下水补给河水,剖面3河水和地下水水位持平。交互带地下水pH整体上呈中性,主要水化学类型为HCO₃-Ca型,处于缺氧或厌氧的还原环境;地下水硝态氮0.02～0.22 mg/L,亚硝态氮小于0.02 mg/L,小于Ⅰ或Ⅱ类地下水氮的浓度限值;位于农田的1-2井氨氮1.93 mg/L,符合Ⅴ类地下水氨氮浓度限值,而其它8口井氨氮0.01～0.32 mg/L,小于Ⅲ类地下水氨氮浓度限值。交互带沉积物pH呈中性偏弱碱性,1-2钻井不同深度沉积物氨氮0.05～2.45 mg/kg,其它钻井沉积物氨氮0.03～0.34 mg/kg。这些结果表明农业氮肥是导致交互带高氨氮的主因,但是影响范围比较有限。此外,交互带中氨氮主要以交换态铵氮存在,溶解态氨氮占比较少。     

渭河流域关中段地下水硝态氮来源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源及迁移转化特征,本文在水化学分析的基础上结合氮氧稳定同位素技术及SIAR模型对渭河流域关中段地下水补给来源、地下水中氮污染特征进行了判断.结果表明,渭河流域关中段地下水的主要水化学类型为HCO₃-Ca+Mg型,地下水由降水快速入渗补给和地表水入渗补给.地下水氮污染以硝态氮形式为主,在所采集的34个地下水水样中,硝态氮含量的变化范围为0.154~36.717mg/L,平均含量为6.17mg/L,其中硝态氮含量超过Ⅲ类地下水标准的采样点共有2个,超标率为5.9%.氮循环的主导作用为硝化作用.地下水δ¹⁵N-NO₃^-含量的变化范围为+6.08‰~+16.42‰,δ¹⁵O-NO₃^-含量的变化范围为+9.38‰~+12.514‰,硝态氮污染主要受到人类活动的影响,土壤有机氮、粪便及污废水和大气沉降是地下水硝态氮的主要贡献者,平均贡献率分别为44.65%、40.03%和15.32%.     

河岸带地下水营养元素和有机质变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程. 以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为研究对象,通过河岸带地下水营养元素指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质变化及其与洪水的响应关系. 结果表明,河岸滩区的农业开发存在明显的氮、磷下渗流失风险. 临近河岸的农耕旱作区,是河流与人工湿地之间一个特殊的氮污染物控制单元,对地下水和河流之间的氮迁移隔离起着极为重要的作用. 在人工湿地,农家粪作为底肥加入可能是磷下渗流失的重要源头,进入地下水中的磷顺着水力坡度还发生着显著的横向迁移,尤其在调水期横向迁移更加明显. 河岸滩区的开发类型及其耕作制度对地下水的硝氮含量产生重要的影响. 在鱼塘区,常年的土壤厌氧环境加重了氮的下渗迁移和积累;在荷塘区,春夏季节,土壤淹没呈厌氧环境,氮迁移和硝化作用显著,在秋冬季节,土壤呈好氧环境,氮硝化作用显著发生,全年氮达到相对平衡的状态;距离河岸50～200 m之间氮的硝化-反硝化作用强烈,是一个高效的微生物氮净化单元. 人工湿地施用的农家粪是有机物流失的重要源头,河岸滩区土壤质地呈沙性,渗透能力强,土壤保水保肥能力差,在此区进行农业活动,尤其是人工湿地开发中大量施用肥料,容易造成土壤表层有机质和氮磷养分因灌溉而导致的下渗流失,进而污染地下水与河水,较由降雨引起的地表径流流失显得更为突出. 距离河道50～200 m的范围是重要的污染净化单元,为典型的滩区地下水-河流的水陆交错带. 该区域的合理保护,对于保护河流水质和地下水水质十分重要.     

氮污染在地下水中迁移、转化规律的研究

氮及其化合物是目前地表水和地下水的一个重要污染源。本文选取不同土质作为渗透介质,通过室内土柱实验,得出不同深度的土层对不同浓度的NH4+-N和NO3--N的去除率,及不同土层对同一浓度NH4+-N和NO3--N的去除率。同时得出,无论哪种地下土质对氨和硝酸盐的阻截能力都较弱,对突发污染恢复力也同样较弱。     

河道硬化对傍河地下水源补给结构及范围的影响

为研究傍河地下水的水均衡状况,以及傍河水源井群补给范围受河道硬化的影响,选取张家口盆地的Y傍河地下水源地为研究对象.采用数值模拟法建立研究区地下水数值模型,通过水均衡分析探究河道硬化对傍河地下水水均衡状况造成的影响;利用MODPATH对水源井群进行质点反向示踪模拟,获得井口质点向前追踪1 000 d的补给范围,对比水源井群补给范围并结合历史与近期水质数据分析河道硬化造成的影响.结果表明:①傍河地下水水均衡情况显示,主要的补给项为边界流入和降雨入渗,二者补给量分别为208.04×103与35.91×103 m3/d,占比分别为82.88%与14.31%;主要的排泄项为边界流出与地下水开采,二者排泄量分别为152.12×103与95.40×103 m3/d,占比分别为60.60%与38.01%.②河道硬化对傍河地下水水均衡的影响表现为河水对地下水的入渗量减少了46.79×103 m3/d,入渗量减幅为86.91%,且地下水停止了对河水的排泄,补给范围地下水水位下降了2~6 m.③河道硬化对傍河水源井群补给范围的影响表现为井群1 000 d的补给范围沿河流方向上减少了271 m,垂直河流的最宽距离增加了210 m,面积增加了0.77 km2,补给区域向远离河岸的方向发生偏移.④河道硬化对傍河地下水水质影响表现为河道硬化后傍河地下水pH、总硬度、氨氮浓度等均下降,有效减少了地表水污染物的入渗,但地下水的化学环境发生改变,潜在风险增加.研究显示,河道硬化极大地阻碍了河流与地下水之间的相互作用,严重影响了傍河地下水源的补给量和补给范围,使水源井群的补给区域发生偏移,给傍河地下水水源安全带来新的潜在风险.      

Influence of packing media on nitrogen removal in a subsurface infiltration system

Influence of packing media on nitrogen removal in a subsurface infiltration system was studied. System A was filled with loamy soil and system B was filled with mixed soil of 75% red clay with 25% cinder. Both systems were fed with sewage at the same hydraulic loading of 2 cm/d at continuous operation mode. The same excellent removal performances of COD and T-P could be achieved in both infiltration systems with removal rates about 85% and 98%, respectively. In system A, NH4^ -N removal rate was as high as 96.5% and T-N removal rate was relatively much lower as 55.7%. And in system B, NH4^ -N removal rate was as low as 75.4% and T-N removal rate was relatively much higher as 75.5 %. The difference was attributed to different soil oxidation-reduction condition that was greatly influenced by soil texture in subsurface infiltration system. Loamy soil led to oxidative condition that was favorable to nitrification and disadvantageous to denitrification. The results were just adverse to the system filled with clay. Intermittent operation was adopted to improve nitrogen removal in system B. NH4^ -N removal rate could be increased to about 95% and T-N removal rate could be increased to about 90% at intermittent operation mode in system B. Analysis of nitrogen removal mechanisms indicated that nitrification-denitrification was the primary nitrogen removal path in subsurface infiltration system and crop uptake was another important nitrogen removal way, It was the key to improve the total N removal performance that a suitable packing soil was available to present favorable oxidation-reduction condition for simultaneous nitrification and denitrification.