包气带的水质变化试验研究范文

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《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