包气带土层对氮素污染地下水的防护能力试验研究

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1、20142014Vo1.9No.4刘颖超等：包气带土层对氮素污染地下水的防护能力试验研究第9卷第4期包气带土层对氮素污染地下水的防护能力试验研究刘颖超1，邢国章2，刘凯1（1.北京市水文地质工程地质大队，北京100195；2.北京市地质工程勘察院，北京100048）摘要：包气带土层能够有效滞留和吸附污染物，是阻隔污染物进入地下水的重要屏障。通过对北京市典型地区包气带土体进行土柱淋溶试验，研究包气带土层对氮素污染地下水的防护能力，实验结果显示，包气带土层对氮素的截污性能具有明显的分段性。粘质粉土对氮素

2、污染地下水具有较强的截留和防护能力，粉砂截留和防护能力相对较差。经计算粘质粉土和粉砂对再生水的净化能力分别为83.3%、29.1%。包气带土层颗粒粒径愈大，污染物浓度高，水动力条件好，包气带土层的防护能力愈差。关键词：防污性能；包气带土层；氮素；去除率中图分类号：X131.3文献标识码：A文章编号：1007-1903(2014)04-0011-040引言明在包气带通气性良好的环境中，硝酸盐氮是氮污染的主要存在形态；在饱水岩层缺氧的还原性环境中，氨氮是污［6］地下水环境中氮污染问题近年来受到广泛的关注

3、,地染地下水氮素的主要存在形态。刘长礼、樊国强、贺连[7～9]下水位以上的包气带土层是阻控、拦截这一污染源的主要娟、等通过试验研究了粘性土层的防污性能。阮晓红屏障，其较好的土质结构可使多数迁移氮素在此地段得等研究氮在包气带不同土质层中饱水条件下迁移转化的［1］[10]到消减。特征，通过室内土柱实验得出氮对地下水的污染因子是国内外学者在包气带土层对氮素污染地下水的防护硝酸根,建立了一维饱和土壤层中氮迁移的预测模型。能力研究方面已取得了不少成果。有些学者通过大量的由于包气带环境复杂，很难得到普遍适用的方

4、法来野外试验与调查总结规律，如FredMagdoff、Addisott、计算、评价包气带土层截污量。本文通过对北京市典型地Powlson等的试验分别表明，降雨量增大，易发生硝酸盐区包气带土层取样，采用室内模拟试验的方式来计算包气［2］淋失。Bergstrom(1987)在瑞典中部地区进行的试验也带土体截污能力，研究包气带土层对氮素污染地下水的防-进一步表明，排出水中绝大多数氮以NO3形式出现，其余护能力。［3］氮素不超过0.1mg/kg。同时很多学者专家也通过数值模拟的方式来解决问题，根据不同的数学

5、方法并结合实1材料与方法际问题提出了不少求解模型。Bergstrom等提出的模拟土［3］壤氮素动态的SOILN模型，Verecken等提出的模拟有作试验采用柱试验的形式，采用内径为18.6cm，高度为物生长及土壤水分和氮素运移的SWATNIT模型等。120cm的有机玻璃柱。土样经风干后按实测容重分层装国内开展这方面的研究较晚，黄绍敏等采用田间试填，为防止优先流等的影响，装填前横向打磨柱体内壁并验、人工渗滤池试验及不同土类的室内试验揭示，土壤中均匀涂抹凡士林。装填前土柱下方先放滤网并装填厚度约硝态氮含

6、量主要受土壤类型影响,施肥及施肥量是最大的8cm的石英砂，作为承托层，待土柱装填完毕，在上方也［4］外因，丁洪等发现土壤的硝化、反硝化作用与土壤质地放置滤网及厚度约5cm的石英砂。试验采用再生水作为水［5］和pH有关，与硝化反硝化菌群数量无关。杨维等研究证源，为了真实反映实际情况，水源均取自当地。根据预试1120142014第9卷第4期研究探讨Vo1.9No.4+-验，所取水源7天内氮素成分不会发生明显变化，所以水光度法，检出限为0.02mg/l（以NH4计）；NO2采用对氨源使用一般不超过7天。土

7、柱分别命名为Z1、Z2，柱体装基苯磺酸—α萘胺分光光度法，检出限为0.001mg/l（以-填高度分别为50cm和100cm。试验供水采用马氏瓶定水亚硝酸计）；NO3及总氮均采用紫外分光光度法，检出限-位供水，采用由上至下的进水方式，试验装置如图1。试验为0.05mg/l（以硝酸计）；Cl采用硝酸银滴定法，检出限为用土选取北京通州张家湾处粘质粉土和房山南刘庄粉砂。0.7mg/l。试验用土及试验水源各项指标见表1、表2。试验期间对每日进、出水量进行监测，根据设计时间2结果与讨论+-间隔在柱体下端取样化验

8、，测试项目为NH4、NO3、TN及-+CL，并定时辅测温度。水样化验NH4采用纳氏试剂分光试验使用时段去除率表征污水入渗条件下不同土体对氮素的截留性能。所谓时段去除率即是某一时段内污染水体经过土柱时由于各种物理、化学、生物效应而使进水的污染物组分含量发生了变化，针对某一污染组分，其进入量与排出量的差值与进入量的比值即是这一污染组分的时段去除率。由水源水质波动性大,且试验柱上方均有一定高度的自由水体，因此实际的进水浓度随当日水源浓度递变，数据使用时采用完全混合模型做了适