南水北调水回补对北京密怀顺河道回补区地下水水质影响

南水北调水源密云-怀柔-顺义(密怀顺)潮白河地下水回补工程,是密怀顺地下水源地可持续利用和河道生态恢复的重要保障. 基于密怀顺回补河道区长期地下水水质监测数据,综合运用水质评价、统计学方法,分析了不同回补时期的地下水水化学变化特征;同时,采用水文地球化学模拟软件(PHREEQC)分析核心回补路线——小中河调水路线回补影响下的潮白河段地下水水文地球化学变化,结合聚类分析方法探究了地下水水化学变化成因. 结果表明:①回补区地表水、地下水整体水质良好,南水北调水源及本地地下水水化学类型主要为HCO₃-Ca-Mg型. 补水以来,地下水水质整体得到改善,补水区域地下水中的Na+、Cl?明显降低. ②根据水化学模拟,2017年底,小中河调水回补河道附近的地下水中南水与本地地下水混合比例变为1∶10,但经过2018—2019年的回补,河道附近地下水中南水占主导地位,回补后所采集的地下水样中水化学成分基本与南水趋于一致. ③根据水岩作用模拟,影响回补区地下水水质的主要因素为南水-当地地下水混合作用、矿物溶解及阳离子交换作用. 研究显示,南水回补改善了地下水水质,并通过混合与水岩相互作用影响地下水水化学演化.      

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.      

垃圾渗滤液有机组分和氨氮在孔隙介质中的迁移特征

通过室内土柱淋滤模拟实验研究了垃圾渗滤液中有机组分(用CODCr表示)和氨氮在不同含水介质中的迁移规律和特征,并通过实验数据计算了延迟因子、COD衰减率和氨氮的单位质量介质吸附量等参数.结果显示,COD在中砂、细砂和粉土中迁移的延迟因子分别为1.13、1.23和1.24,表明有机物在三种实验介质中只发生轻微的延迟作朋;CODCr在三种介质中的自然衰减率分别为50.8%、55.2%和64.8%;氨氮的迁移由于吸附作用发生明显的延迟,其在上述三种介质中迁移的延迟因子和单位质量介质吸附最分别为3.30和194 mg·kg-1、3.91和223 mg·kg-1,以及5.12和280 mg·kg1;饱和条件下渗滤液中的氨氮较难发生硝化作用.上述结果可为评价垃圾渗滤液对地下水环境的影响提供技术参数.     

3H和99Tc在黄土中的迁移特性比较

³H和⁹⁹Tc是低中放废物处置中2个重要的核素,在处置场的安全评价中十分重要.由于介质对³H和⁹⁹Tc的吸附较弱,常忽略其滞留性,并用³H标定地下水的流速.野外实验表明:在包气带中,黄土对⁹⁹Tc的吸附大于³H;在含水层中,黄土对³H迁移的影响大于⁹⁹Tc.本文根据实验数据,采用非平衡吸附模式NESOR程序分别模拟了³H和⁹⁹Tc在黄土包气带和含水层中的迁移过程.模拟结果表明:⁹⁹Tc在黄土包气带中的分配系数范围为0.05～0.055mL/g;³H在黄土含水层中分配系数为0.116mL/g,该参数是黄土对³H和⁹⁹Tc综合影响的结果,其滞留机理尚待研究.     

剩余污泥生态稳定化过程中细菌群落的多样性分析

为了描述污泥生态稳定化过程中微生物多样性的变化趋势,应用变形梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)分析了不同时期、不同取样位置的细菌群落变化.通过对图谱的聚类分析了不同样品的相似度.计算得出香农-威纳(Shannon-Wiener)指数分别为1.93、1.89、1.80、1.98、1.91、1.83、2.41、2.38、2.32,均度指数(Pielou)分别为0.62、0.58、0.65、0.62、0.67、0.68、0.74、0.78、0.72,其从3月到9月均在上升,即稳定化过程中生物多样性及均匀度都在提高.利用测序后得到的序列进行亲缘性比对,并结合优势种属的变化分析污泥样品细菌群落的演替.结果表明,污泥不同位置的微生物群落相似度较高,不同时期的生物群落有一定的差异,推测污泥中生物种群与优势种属主要随生态稳定化不同时期而改变.序列分析以及亲缘性分析表明,优势菌株主要为放线菌门和变形菌门,有5种放线菌、5种变形菌和2种古细菌共12种属.其中拜叶林克氏菌和红球菌上升有利于对有机质的降解转化,假诺卡氏菌等致病菌的减少说明生态稳定化具有良好的作用.生态稳定化可能对致病菌的降低以及有机质的转化等具有一定的作用.     

非正规垃圾填埋场包气带介质的污染物阻滞能力研究

非正规垃圾填埋场已成为地下水的潜在污染源,给城市供水安全带来了极大风险。以北京某非正规垃圾填埋场的3种典型包气带介质为研究对象,以Br-为示踪剂,采取土柱实验和数值模拟相结合的方法,通过对场区3种典型包气带介质饱和与非饱和状态下的Br-迁移速率的比较,探讨包气带介质对污染物的阻滞能力。结果表明,Br-在不同包气带介质饱和状态下的迁移速率为中砂>细砂>砂质粉土,这可能与不同介质中粉粒和粘粒的含量有关,同时介质的有机质含量也会影响Br-的迁移速率,但前者因素占了主导作用;在Br-迁移过程中,不同包气带介质的含水量是影响其迁移速率的主要因素,若能合理控制场区的地下水位,使得包气带介质长期处于非饱和状态,将会大大延缓垃圾渗滤液中污染物向地下水迁移;针对特定的非正规垃圾填埋场,可采取抽水等措施,控制场区的细砂和砂质粉土层处于非饱和状态,充分利用包气带介质在非饱和状态时较强的污染物阻滞能力,阻隔或延缓垃圾渗滤液中的污染物进入地下水中。     

3H在黄土中迁移的滞后特征

为证实3H在介质中的吸附,进行了饱和条件下的3H和Br-、3H和99Tc与非饱和条件下的3H和131I的溶质迁移野外现场实验和室内模拟实验.结果表明,3H的迁移速度滞后于Br-、99Tc和131I.模拟结果表明,3H在饱和黄土中迁移的延迟因子约为1.95～2.05,相当于在地下水中迁移的速度比地下水流速慢了50%.影响3H迁移滞后的因素主要有土壤黏土矿物的吸附,土壤中不流动水的存在及土壤的理化性质.该结果对用3H对地下水定年和测速的精度提出了质疑,也为中、低和极低放射性废物处置场中处置3H废物的安全评价提供依据.     

3H和99Tc在黄土中的迁移特性比较

3H和99Tc是低中放废物处置中2个重要的核素,在处置场的安全评价中十分重要.由于介质对3H和99Tc的吸附较弱,常忽略其滞留性,并用3H标定地下水的流速.野外实验表明:在包气带中,黄土对99Tc的吸附大于3H;在含水层中,黄土对3H迁移的影响大于99Tc.本文根据实验数据,采用非平衡吸附模式NESOR程序分别模拟了3H和99Tc在黄土包气带和含水层中的迁移过程.模拟结果表明:99Tc在黄土包气带中的分配系数范围为0.05～0.055mL/g;3H在黄土含水层中分配系数为0.116mL/g,该参数是黄土对3H和99Tc综合影响的结果,其滞留机理尚待研究.     

核素在非均匀介质中的迁移预测

针对非均匀性明显的某放射性废物处置场候选场址,应用分形理论方法,在介质水力性质参数与介质结构分维之间建立函数关系式来描述场址介质的非均匀性,并选择放射性废物中的代表性核素3H和90Sr,应用不同方法对核素迁移进行预测比较.结果表明,采用分形理论方法预测的核素迁移浓度比参数直接回归法更接近实际情况;在应用不同参数确定方法预测核素迁移浓度时,分配系数的取值对预测结果影响较大.     

饱和黄土中3H和Br-迁移的延迟特征

饱和黄土核素迁移实验表明 ,Br-的迁移速度比3 H快 ,这种现象对核素的迁移研究具有重要意义 ,但常用的模拟方法显然无法模拟出这种现象 .利用实验参数并以水流流速为已知参数 ,对实验数据进行了流速反推模拟 ,结果显示 ,3 H和Br-在饱和黄土的迁移中均存在延迟现象 ,且3 H的延迟大于Br-,模拟获得3 H的延迟因子为 1 95～ 2 0 5 ,Br-为 1 6 0～ 1 90 .对常用模拟法和流速反推法计算结果进行了比较 ,结果显示 ,采用常用模拟法获得的水流流速存在较大误差 .延迟因子的灵敏度分析结果显示 ,延迟因子对3 H和Br-在饱和黄土中的迁移具有较大影响