全国地下水质分布及变化特征

以2013—2017年地下水监测站点水质监测数据为基础,统计地下水质监测指标的变化特征,筛查影响地下水质的主要指标,研究地下水质变化规律。选取2013—2017年具备连续监测数据的地下水监测井,对常规20项监测指标进行分析。研究发现:就监测站点水质指标而言,总硬度、铁、锰、“三氮”等超标率均达到了10%及以上,是导致地下水水质恶化的主要指标。总硬度超标集中在华北、东北、西南和西北地区的监测井,超标率在各省市间差别较大。氨氮超标率在各省市地区的监测井中差别较大,超标较为严重的省份是黑龙江、江苏、广东和宁夏。硝酸盐氮超标率年际变化稳定,华北、东北和西北地区的监测井中硝酸盐氮超标较为严重。亚硝酸盐氮超标在华北、东北和西北,以及上海、江苏、湖北、广西和贵州的监测井中较为严重。铁、锰超标主要集中在华北、华东、中南地区的监测井中,东三省、安徽、湖北、四川、宁夏等省份尤其严重。基于地下水监测井统计数据,在全国尺度上对地下水质量进行了综合分析评价,总结出了地下水监测中需要着重关注的指标,如“三氮”总硬度,铁、锰等。

基于监测数据的全国地下水质动态变化特征

地下水质动态变化及其趋势研判是区域水资源调配决策的重要依据。本文以全国2007~2017年国家级地下水监测网水质数据为基础,结合典型地区的代表性监测组分超标特征及动态趋势,开展了地下水质动态变化过程研究,结果表明:全国地下水监测中以Ⅳ类水质点占比最大,其次为Ⅱ类水质点;Ⅰ~Ⅲ类水质点数量较少,而且占比以降低为主,Ⅳ和Ⅴ类地下水监测点逐渐增加,其中Ⅳ类水质点的比例由40.50%增加至51.45%;全国地下水质主要的超标组分为pH、总硬度、总溶解性固体、硫酸盐、氯化物、高锰酸钾指数、铁、锰、氟化物、"三氮"。以华北地区、华东地区、西南地区和西北地区为代表,分析研究典型地区地下水质的动态变化过程及其影响因素,结果显示,在地下水位变化较大的地区,地下水质状况随着地下水位变化明显,在地下水位波动较小的地区,地下水质状况也基本上变化较小。研究成果对于科学评价地下水资源、合理制定区域地下水开发利用规划、防治地下水污染等具有一定的指导作用。

傍河型水源井氨氮阻断与去除工程设计案例分析

针对沈阳市傍河型水源地的氨氮(NH+4-N)污染问题,通过野外研究区的水文地质调查,在查明研究区NH+4-N污染特征的基础上,结合室内批试验、柱实验和数值模拟,筛选出最佳的NH+4-N去除方案,提出了研究区渗透反应格栅(PRB)构建方案,并成功构建了示范工程尺度的PRB,用以去除地下水中的NH+4-N污染.室内批实验和柱实验表明,利用微生物硝化作用结合沸石的吸附作用去除地下水中NH+4-N是可行的.通过对研究区水质数值模拟,发现构建有一定弧度的PRB能最大限度的保护水源井.在PRB的构建过程中,利用高压旋喷技术和旋挖技术解决了大深度(>30 m)PRB的构建问题,且PRB建成运行监测表明,示范工程尺度的PRB能有效阻断和去除地下水中NH+4-N.

法库沸石对氨氮的吸附特性和阳离子交互过程

以0.9~2 mm和3.3~4 mm粒径沸石的天然法库沸石作为实验材料,开展了等温吸附实验、动力学实验和阳离子影响实验,探讨了天然沸石对氨氮(NH+4-N)的吸附特性及阳离子交互过程。结果表明,法库沸石对NH+4-N等温吸附线符合Langmuir和Freundlich吸附方程,最大吸附量为10.41 mg/g。吸附动力学过程符合准二级和颗粒内经扩散动力学方程,其吸附NH+4过程为物理吸附和化学吸附过程,并以化学吸附为主。对反应过程中各离子浓度监测发现,沸石中与NH+4发生离子交换的主要是Na+、Ca2+和K+,三者占离子交换总量的99%。共存阳离子在沸石吸附NH+4过程中,Ca2+和Mg2+对吸附过程影响最大,Na+影响最小。

多介质渗透反应格栅中氨氮的转化与存在形态

在利用渗透反应格栅技术修复地下水氨氮污染过程中,掌握氨氮在不同介质环境中的转化规律及存在形态对多介质渗透反应格栅中各介质作用及氮转化过程的控制十分重要。针对进水氨氮浓度约10 mg/L的模拟地下水,以天然河沙、释氧材料、斜发沸石及海绵铁为反应介质,设计了一套多介质渗透反应格栅模拟氨氮在各介质环境中的转化及归宿。结果表明,在天然河沙层,氨氮优先被河沙吸附固定,但去除量有限(△C<1.5 mg/L),氨氮主要以离子态溶于模拟地下水。在好氧沸石层,氨氮经沸石吸附及生物硝化协同作用几乎被完全去除,该层出水氨氮浓度低于0.01 mg/L,且氮主要存在形态为硝酸盐氮(C=10～26.6 mg/L)。在铁厌氧层,部分硝酸盐氮经海绵铁化学还原和生物反硝化作用,分别被转化为氨氮(△C=2～9.5 mg/L)和氮气(△C<8 mg/L),其余硝酸盐氮以离子态继续存留于模拟地下水。

国家级地下水监测网点运行与地下水动态分析

“国家级地下水监测网点运行与地下水动态分析”是中国地质环境监测院承担的“国家级地质环境监测与预报”项目中的工作之一。该项目始于2004年，后来都以每年延续项目的形式下达，由中国地质环境监测院组织实施，并委托全国31个省地质环境监测总站（院、中心）负责本辖区内国家级地下水监测点的日常维护，监测数据采集、汇总及分析工作。

二价铁催化过氧化氢-过硫酸钠再生活性炭可行性研究

利用二价铁(Fe^(2+))催化过氧化氢(H_2O_2)-过硫酸钠(Na_2S_2O_8)双氧化体系(ICHP)对被三氯乙烯(TCE)吸附饱和的20~40目粒状活性炭(AC)进行再生研究.同时,结合扫描电子显微镜(SEM)、能量散射光谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)及氮气吸附-解吸技术等手段对再生前后的AC进行表征,进一步探讨影响再生效率的原因.结果表明,AC对TCE的吸附符合准一级动力学模型,等温吸附符合Freundlich模型.在TCE∶Fe^(2+)∶H_2O_2∶S_2O_2-8=1∶9.20∶59.79∶77.52(物质的量比)的条件下,AC再生效率约为50%.研究表明,AC的炭损失、比表面积、孔隙体积及孔隙面积的减小,是再生AC吸附能力低于原状AC的主要原因.利用ICHP再生的AC可以实现对TCE的有效吸附并达到AC重复使用的目的,具有很好的实用价值.