地下水人工补给过程介质堵塞及控制研究进展

人工补给作为解决地下水超采及其环境负效应的有效措施,在全球得到广泛应用.但人工补给过程中的介质堵塞问题对补给效率、运行成本及工程寿命有着显著不利影响.在收集整理已有研究资料的基础上,对人工补给类型,过程中介质堵塞机理、预测、控制和治理方法进行了详细归纳和总结.分析表明,介质堵塞受到介质、水源物化特征和水文地球化学条件等因素影响;堵塞预测方法有水质指标法、经验公式法、数学模型法;堵塞的预防目前以水质控制为主;堵塞的治理需综合物理和化学方法.尽管有关人工补给的多种技术已日益成熟,但结合介质空间差异特征和水源条件复杂性开展的人工补给促渗技术还需进一步研究.     

细砂比例对均匀级配石英砂滤料过滤性能的影响

石英砂过滤是去除水中颗粒物最常用的技术,其中均匀级配滤料因纳污能力较强、过滤周期较长而得到广泛应用。但目前工程设计标准中对均匀级配滤料的有效粒径（d₁₀）和均匀系数（K₆₀）的界定较为宽泛,为进一步探明滤料组成对均匀级配滤料过滤性能的影响,通过中试试验考察了不同比例细砂（<0.9,0.9~1.0 mm）的2种均匀级配滤料滤柱的除浊效果和运行特性,并采用不同表面电位和粒径的粉末活性炭作为示踪颗粒,研究2种滤料对颗粒物的截留特性。结果表明:与细砂比例较低（16%）的滤料相比,细砂比例较高（29%）的滤料出水浊度低0.2 NTU左右,滤柱水头损失平均增长速率高8.7%~31.6%、滤层含泥率高12%~27%,以滤后水浊度为控制指标时运行周期长7 h;颗粒物截留方面,2种滤料对颗粒物的截留均随着颗粒表面电负性增大和粒径减小而降低,其中细砂比例较高的滤料对颗粒物的截留受颗粒性质影响较小,表现出更稳定的截留效果。因此,适当提高均匀级配石英砂滤料中细砂比例虽然使过滤水头损失略有增加,但能获得更低的出水浊度和更稳定的颗粒物截留效果。     

黄河水中铅(Ⅱ)与悬浮粒子相互作用的研究

为了研究痕量金属铅在黄河水体中迁移转化规律以及黄河悬浮粒子承载铅的能力,进行了黄河水中铅(Ⅱ)与悬浮粒子相互作用的实验。结果表明:①铅以一价正离子形式与悬浮粒子进行阳离子交换,交换的pH范围在3～7,当pH为6时,离子交换率达到最大值;②铅离子浓度增加,离子交换率降低;③交换剂为转化沙时的离子交换率比未转化沙大;④可溶态痕量金属铅在黄河水中除了与悬浮粒子表面吸着交换进入固相外,也可以沉淀形式进入固相。      

石化废水深度处理及脱盐的中试研究

针对石化行业污水回用处理设施很快失效的现状,开发了“集成式悬浮载体生物氧化－砂滤－臭氧活性炭处理－超滤反渗透”的组合工艺对炼油厂外排水进行深度处理.连续7个月的中试结果表明,处理后外排水中COD、NH3-N、BOD5、油和浊度等均优于回用水标准,可作为工业循环冷却水、绿化用水和办公等用水;常规深度处理的出水经过超滤反渗透处理后,电导率稳定在35~40μS/cm,可作为动力车间的新鲜水,不会发生膜污染和堵塞问题.尽管外排水的水质波动很大,但是组合工艺运行稳定、可靠,具有突出的抗冲击性能.     

雨水就地处置方式的环境风险评价

雨水的就地处置正在成为一种新的处理雨水的方法，但是由于雨水径流水质的不稳定性，回灌可能会对环境产生不利的影响。因此在实施雨水回灌前需进行环境风险评价。通过对上海市雨水径流中常见污染物质含量分析（包括重金属，微生物，阴阳离子以及常规水质指标4个方面），对各种监测和实验数据进行详细分析，得出在严格控制回灌区域，保证回灌雨水水质的前提下，雨水回灌不会对环境带来不利影响的结论。     

城市污水深度处理中有机物的去除

以城市污水地下水回灌为回用目的 ,研究不同的污水深度处理工艺及对二级生物处理出水中有机物的去除 .研究结果表明 ,原水若未经深度处理 ,直接由土壤含水层处理的出水不能满足推荐的回灌水水质要求 .对原水分别采用混凝沉淀、过滤、臭氧氧化、粉末活性炭和粒状活性炭吸附等处理单元及组合工艺进行深度处理效果的对比 ,最终选用由混凝沉淀 ,砂滤 ,粒状活性炭过滤与土壤含水层处理相结合的工艺流程 .城市污水处理厂的二级出水经该工艺处理后 ,出水中的 DOC可降至 3mg/L以下 ,且活性炭柱的产水床体积可达 350 0 BV.     

Transformations of particles, metal elements and natural organic matter in different water treatment processes

Characterizing natural organic matter （NOM）, particles and elements in different water treatment processes can give a useful information to optimize water treatment operations. In this article, transformations of particles, metal elements and NOM in a pilot-scale water treatment plant were investigated by laser light granularity system, particle counter, glass-fiber membrane filtration, inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy, ultra filtration and resin absorbents fractionation. The results showed that particles, NOM and trihalomethane formation precursors were removed synergistically by sequential treatment of different processes. Preozonation markedly changed the polarity and molecular weight of NOM, and it could be conducive to the following coagulation process through destabilizing particles and colloids; mid-ozonation enhanced the subsequent granular activated carbon （GAC） filtration process by decreasing molecular weight of organic matters. Coagulation-flotation and GAC were more efficient in removing fixed suspended solids and larger particles; while sand-filtration was more efficient in removing volatile suspended solids and smaller particles. Flotation performed better than sedimentation in terms of particle and NOM removal. The type of coagulant could greatly affect the performance of coagulation-flotation. Pre-hydrolyzed composite coagulant （HPAC） was superior to FeCl3 concerning the removals of hydrophobic dissolved organic carbon and volatile suspended solids. The leakages of flocs from sand-filtration and microorganisms from GAC should be mitigated to ensure the reliability of the whole treatment system.     

植被恢复对旱区表土颗粒中有机碳和氮分布的影响

采用物理分离的方法,获得植被恢复过程中不同土壤粒径的组分,并进行了各组分中有机碳和全氮含量的测定.结果表明,黏粉粒(<0.05mm)含量的增加和沙粒(0.25～0.1mm)含量的减少,共同导致表层土壤质地细粒化.土壤质地的细粒化伴随着有机碳和氮的固存效应,该效应在固沙20年以后效果显著(P<0.05).沙粒(>0.1mm)含量与有机碳和氮含量呈显著负相关(P<0.001),而极细沙(0.1～0.05mm)和黏粉粒(<0.05mm)含量与有机碳和氮含量均呈显著正相关(P<0.001).产生上述结果的原因是,表层土壤颗粒组成中各粒径结合的有机碳和氮含量均增加相关,其贡献程度为黏粉粒>极细沙>沙粒.植被恢复过程中,表层土壤中黏粉粒含量的增加对维持有机碳和氮固存起着主要的作用,土壤的物理稳定也因为土壤中有机质和黏粉粒含量的增加而增大.     

太湖草、藻型湖区沉积物-水界面厚度及环境效应研究

在太湖草、藻型湖区采样,分别测定了1,3,5,10,15cm 5层沉积物和沉积物表面以上5,20,35cm处及水表面以下20cm处4层水的多项指标.结果表明:草型湖泊水柱中SS总、SS有机、Ch1-a、TN、TDN、TP和TDP等指标显著低于藻型湖区;草型湖区水柱中SS总、SS有机、TN、TDN和TP都呈现出越往下浓度越高的趋势,而藻型湖区各水层间差异不明显.两类湖区沉积物的TN、TP、TOC和粒径都在3～5cm处出现拐点;草型湖区沉积物溶解氧层厚度(＜1mm)小于藻型湖区(＜2.5mm).可见在不同的生境类型以及不同的指标体系下,沉积物-水界面的厚度也相应不同.     

悬浮颗粒物浓度对溢油沉潜过程影响的试验研究

溢油事故发生后,漂浮油会与水中的悬浮颗粒物发生相互作用形成油-悬浮颗粒物聚合体（oil-suspended particulate matter aggregates,OSAs）,进而分散在水中或沉降到水底。实验室通过批量振荡实验,利用紫外分光光度法,研究了天然沙土对阿曼原油沉潜过程的影响。结果表明,当振荡频率一定时,沙土能够显著促进阿曼原油在水中的沉潜,其中大部分以半潜油的形式悬浮在水中,少部分与沙土相互作用形成了油-悬浮颗粒物聚合体。随着振荡时间的增加,阿曼原油的沉潜率迅速增大,达到最大值后趋于稳定。当沙土的浓度在100~400 mg/L范围内增加时,阿曼原油的最大沉潜率和沉潜速率提高,沉潜过程达到平衡所需要的时间缩短。     

铅和铬污染包气带及再释放规律的实验研究

利用有机玻璃柱模拟包气带,研究了Pb2+和Cr6+在污染包气带时的迁移转化规律,以及雨水淋洗受污染包气带中重金属再释放规律.结果表明:包气带受重金属污染过程中,铅和铬在粗砂包气带中的迁移速率分别为7.25cm/d和0.4cm/d,远大于其在细砂包气带中的迁移速率4.46cm/d和0.36cm/d,且Cr2O72-形式存在的六价铬在包气带中的迁移速率比的铅离子迁移速率大10倍以上;在模拟实验中,溶液在通过包气带区域时六价铬还原为三价铬的反应很弱,通过包气带的水样中三价铬未检出,并且包气带介质中三价铬含量(0.006mg/kg)几乎为零;雨水淋洗铬和铅污染的粗砂和细砂包气带模拟研究中铅淋洗溶出率为0.056%和0.112%,铬淋洗溶出率为62.33%和40.36%.因此,Cr2O72-在砂质包气带中的迁移性很强且容易从介质表面淋洗去除,而铅在介质中的迁移性较差且很难从介质中淋洗去除掉.     

袋式除尘器清灰后除尘空间浓度场分析

通过动量守恒方程建立袋式除尘器滤袋清灰后滤袋周围浓度场的数学模型,并应用该模型分别对粗细粉尘,通过改变气流上升速度、袋间距,来计算除尘空间浓度场随时间的变化。结果表明:较细的颗粒物基本悬浮在袋口下0.5～2.5 m(滤袋长度8.3%～41.7%)的除尘空间中,而较粗的颗粒物沉积到滤袋的中下部被过滤;袋间距越小,其过滤浓度越大,相应的过滤速度也比较大;随着上升速度的增大,粒子悬浮的空间离袋口越近,其平均浓度也相应的越低(重新被过滤的颗粒物也越多)。     

武汉汉阳地区城市集水区尺度降雨径流污染过程与排放特征

2005年4月至8月对武汉市汉阳地区十里铺集水区进行了8次径流污染过程的水量、水质研究.结果表明,城市集水区尺度径流污染过程是降雨径流对整个集水区地表、排水系统中累积污染物的冲刷、携带过程,受集水区累积污染物数量、污染物可冲刷性和降雨径流特征的共同影响.城市降雨径流中初期污染物浓度显著高于后期,污染物浓度的峰值提前于径流的峰值,具有明显的初期冲刷效应.8次监测结果的算术平均值,初期5 mm、10 mm和15 mm降雨径流中TSS的负荷分别占总负荷的48%、68%和78%.初期径流中TSS的负荷与晴天累积天数呈线性正相关关系.     

中国西北春季沙尘高发区及沙尘源解析

以波段亮温差算法（BTD）对中国西北2014~2018年春季460期MODIS L1B数据进行沙尘信息逐日提取，统计分析沙尘频数的空间分布规律，结合地貌特征及地表沉积物细颗粒组分含量进行沙尘源解析.结果表明：（1）中国西北沙尘活动呈"两区三带"分布特征，沙尘频发区主要分布于塔里木盆地和蒙古高原南部沙漠戈壁区；区内存在塔克拉玛干沙漠东南缘荒漠绿洲高频带（270~287次）、库姆塔格沙漠北缘高频带（240~250次）及巴丹吉林沙漠东北边缘荒漠绿洲高频带（240~250次）.（2）中重度沙尘高频区主要分布于塔克拉玛干西北部沙漠绿洲.沙尘源主要为富含粉尘的边缘沙漠与冲积洪积扇缘戈壁交错带，内含丰富的干河床、干涸湖泊和绿洲退化地，该区域细物质组分含量高，易释放粉尘微粒并通过局地循环过程向周边地表扩散沉积，为区域高频、高浓度沙尘发生提供丰富的物质基础.     

深床过滤颗粒截留机理研究

对深床过滤过程中颗粒物与滤料之间的相互作用进行了理论分析,讨论了两者间的相互作用及影响因素对微絮凝深床过滤进行了中试研究,考察了1～l0μm粒径颗粒在500cm滤床中的截留情况,并连续65h监测滤柱水头损失的变化;在滤速为24m/h情况下,计算了1～10μm粒径颗粒所受的水流剪切力;利用理论分析,分别讨论了表面电位为-25mV及-125mV、粒径为1～10μm的颗粒与滤料之间的物理化学作用力.理论计算值对实验结果进行了很好的解释,说明可以通过颗粒与滤料间的作用力分析来研究均质滤料深床过滤运行规律.     

微生物堵塞过程中生物膜生长特征对多孔介质渗流特征影响

为研究回灌水刺激下生物膜在砂柱中的生长规律,并分析生物膜生长特征对堵塞介质典型渗流特征的影响,采用室内土柱实验方法,供给营养液刺激砂柱内生物膜生长,模拟入渗介质生物堵塞的过程,监测介质渗透系数的变化,并开展不同回灌时长下介质水分吸持实验和弥散试验,并对其内生物膜形态进行表征.结果显示,在0~5h时,渗透系数呈先下降后回升趋势;在回灌至18h前,渗透系数急剧衰减,水力弥散系数明显增大,水分吸持能力的变化并不明显;18h后渗透系数降低速率减缓,水分吸持能力明显升高,溶质运移过渡到以弥散作用为主导机制.综上,可将生物膜在介质内的生长分为三个阶段:菌适应期,接种菌体并未生长繁殖,单纯由于菌体的流入与流出引起渗透系数的变化;菌体大量生长繁殖期,大量生长繁殖的菌体占据了部分介质孔隙体积;胞外聚合物大量分泌期,逐渐形成具有透水性的生物膜,生物膜的生长与回灌水提供的养分形成动态平衡.     

三峡水库水体溶解磷与颗粒磷的输移转化特征分析

根据河流上、下游断面间水、沙和磷的输运系数差异,建立了一种分析河流水体磷的输移转化特征的判定方法.基于2015年1月(枯水期)和7月(丰水期)三峡水库的径流量、输沙量和水体磷形态数据,应用该方法分析了三峡水库水体磷的输移转化特征.结果表明,两个水期三峡水库水体均以TDP为主要磷形态,TDP通量占总磷(TP)通量的51%～96%;枯水期,三峡水库TDP表现为移出作用,主要由三峡拦坝蓄水促进泥沙颗粒吸附TDP引起,丰水期则表现为添加作用,与外源性含高浓度TDP的水量输入有关.在两个水期,三峡全库区泥沙和TPP均呈明显的沉降滞留特征,且TPP相对于沙量呈添加作用,一定程度上说明TDP被泥沙颗粒吸附而转化为TPP作用相对更强.三峡水库清溪场至万州段为水、沙和磷的主要滞留区域,与该区段泥沙颗粒粒径细化、颗粒吸附磷能力增强有关.     

Groundwater arsenic removal by coagulation using ferric(III) sulfate and polyferric sulfate: A comparative and mechanistic study

Elevated arsenic (As) in groundwater poses a great threat to human health. Coagulation using mono- and poly-Fe salts is becoming one of the most cost-effective processes for groundwater As removal. However, a limitation comes from insufficient understanding of the As removal mechanism from groundwater matrices in the coagulation process, which is critical for groundwater treatment and residual solid disposal. Here, we overcame this hurdle by utilizing microscopic techniques to explore molecular As surface complexes on the freshly formed Fe flocs and compared ferric(III) sulfate (FS) and polyferric sulfate (PFS) performance, and finally provided a practical solution in As-geogenic areas. FS and PFS exhibited a similar As removal efficiency in coagulation and coagulation/filtration in a two-bucket system using 5 mg/L Ca(ClO)₂. By using the two-bucket system combining coagulation and sand filtration, 500 L of As-safe water (< 10 μg/L) was achieved during five treatment cycles by washing the sand layer after each cycle. Fe k-edge X-ray absorption near-edge structure (XANES) and As k-edge extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) analysis of the solid residue indicated that As formed a bidentate binuclear complex on ferrihydrite, with no observation of scorodite or poorly-crystalline ferric arsenate. Such a stable surface complex is beneficial for As immobilization in the solid residue, as confirmed by the achievement of much lower leachate As (0.9 μg/L–0.487 mg/L) than the US EPA regulatory limit (5 mg/L). Finally, PFS is superior to FS because of its lower dose, much lower solid residue, and lower cost for As-safe drinking water.     

水样不同处理方式对总磷监测值的影响

研究了水样不同处理方式对三峡水库长江干流江段总磷监测值的影响.结果表明,悬浮颗粒物浓度(SS)是澄清样和浑样、清样和浑样、清样和澄清样总磷之间差别的主要影响因子;用非线性回归方法得出了水样不同处理方式下总磷间的经验关系式,并进行了验证.结果表明,计算值和实测值基本吻合.依据SS和所得经验关系,可计算磷在水-固两相之间的分配,及磷在粗颗粒物和细颗粒物中的赋存比例.河床上覆水体中溶解态磷、颗粒态磷及赋存于粗颗粒物上的磷所占比例皆随悬浮颗粒物浓度发生显著变化.SS大于500mg·L-1时,90%以上的磷赋存于悬浮颗粒物上,澄清样磷仅代表了整体总磷浓度的50%以下.     

Clogging processes caused by biofilms growth and organic particles accumulation in lab-scale vertical flow constructed wetlands

The accumulation of organic matter in substratum pores is regarded as an important factor causing clogging in the subsurface flow constructed wetlands.In this study,the developing process of clogging separately caused by biofilm growth and organic particles accumulation instead of total organic matter accumulation was investigated in two groups of lab-scale vertical flow constructed wetlands (VFCWs) fed with glucose (dissolved organic matter) and starch (particulate organic matter) influent.Results showed that the growth of biofilms within the substratum pores certainly caused remarkable reduction of effective porosity,especially for the strong organic wastewater,whereas its influence on infiltration rate was negligible.It was implied that the most important contribution of biofilm growth to clogging is accelerating the occurrence of clogging.In comparison with biofilm growth,particles accumulation within pores could rapidly reduce infiltration rate besides effective porosity and the clogging occurred in the upper 0-15 cm layer.With approximately equal amount of accumulated organic matter,the effective porosity of the clogged layer in starch-fed systems was far less than that of glucose-fed systems,which indicated that composition and accumulation mode of the accumulated organic matter played an important role in causing clogging besides the amount.According to the results,some related methods to prevent and recover the clogging phenomenon were suggested.