用土壤含水层处理系统去除水库微污染有机物的试验研究

本文针对当前中国饮用水源污染以微污染为主的特点,以北京三家店水库原水和永定河河道砂为研究对象,设计了用于表征土壤含水层处理系统的一维土柱,进行污水净化效果的试验研究。结果表明,土壤含水层处理系统对三家店水库微污染水中的有机物有一定的去除效果,在0.12md的水力负荷条件下,对CODMn去除率虽然仅为15%,但是出水达到了地表水Ⅱ类水质标准;对BOD5的去除率达到了55%,可以被有效地去除。渗透速率相同时,水力负荷周期对去除效果的影响不明显,但在保证一定水力负荷的情况下,可适当延长落干期,恢复土壤的渗透能力,达到较好的处理效果。同时,土壤含水层处理系统的净化能力主要发生在土层50cm以内。

土壤含水层处理系统去除对硝基酚

对硝基酚(PNP)是一种有毒难降解有机物,是生产农药、医药、炸药、合成染料的重要中间产物,其污染控制与消除是国内外研究的热点与难点。土壤含水层处理(SAT)系统具有低耗高效、操作简单等优点,既是当前应用广泛的污水处理系统,也是地下水人工回灌的基本水质处理技术。通过建立一维土柱实验模拟SAT系统,研究非生物与生物强化条件下对硝基酚在SAT系统中的迁移规律及去除效果,并探讨SAT对地下水环境的潜在二次污染风险。研究表明:两种条件下的SAT系统中,PNP浓度在从下至上迁移过程中均逐渐降低;非生物条件下,SAT通过吸附作用去除PNP,土壤层有效处理厚度为60 cm,粗砂、中粗砂、细砂3种介质的去除率为10%左右;生物强化条件下,SAT通过吸附与生物降解共同去除PNP,去除率提升至88.5%。

土壤含水层处理出水的回用健康风险评价

通过土壤柱实验,研究了土壤含水层处理工艺对污水处理厂二级处理出水的处理效果。初步讨论了土壤含水层处理工艺对各种污染物的去除机理,并评价了不同回用途径再生水对人体的健康风险。研究结果表明:土壤含水层处理工艺能够有效去除二级处理出水中的有机物和重金属离子,对大肠菌和粪大肠菌的去除率大于99.9%。健康风险评价结果显示:再生水的健康风险主要来自致癌物质,终生致癌风险在10-6数量级,而非致癌物质的健康危害风险在10-9数量级。

溶解性有机物在土壤含水层处理系统中的变化

通过实验室模拟土壤含水层处理(SAT)的土壤柱系统研究了二级处理出水中溶解性有机物(DOM)的荧光特性在SAT系统中的变化.利用XAD树脂将二级处理出水中的DOM分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A),疏水性中性有机物(HPO-N),过渡亲水性有机酸(TPI-A),过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).结果表明,TPI-N中的类芳香族蛋白质荧光物质在SAT系统中优先去除.经过SAT系统处理后,类芳香族蛋白质荧光物质和类溶解性微生物代谢产物荧光物质在HPO-A,HPO-N,TPI-A和HPI中的相对含量升高.各组分中带有3～5个稠合苯环的荧光物质,以及激发波长/发射波长(λex/λem)=390～410nm/456～476nm的类腐殖酸荧光物质在SAT系统中的去除率低于相应组分中以溶解性有机碳(DOC)表征的整体有机物的去除率.不同组分中的其他荧光物质在SAT系统中去除行为不同.

污水土壤含水层处理系统原理、管理、效率和应用

论述了污水土壤含水层处理系统中的地球化学过程。该系统通过对污染物的机械过滤、生物化学转化和降解过程、吸附／解吸过程、氧化／还原过程、沉淀／溶解过程、以及矿物的合成过程净化污水。运作周期通常为1～2d灌水／4—5d排干，年水力负荷变化于15—100m之间，应根据季节变化调整水力负荷。该系统能有效去除污水中的微生物和悬浮物，降低COD和BOD含量，和去除潜在的有毒的无机成分，如重金属和含氧阴离子。作为一种低投资、低能耗、高净化效率、运行简单的自然的污水处理技术，其在世界各国得到了广泛应用。我国部分地区水资源极其短缺，在土壤和气候条件适合的地区，应用土壤含水层处理技术处理污水，实现污水资源化，既解决了污水污染环境问题，又将在一定程度上缓解该地区的水资源短缺问题，对于经济与环境的协调发展具有重要意义。

三级处理水中DOM在土壤含水层处理过程中的富集转化

在实验室研究了城市污水处理厂三级处理水中溶解性有机物(DOM)在模拟土壤含水层处理(SAT)土壤柱中的富集及转化.利用XAD-8/XAD-4树脂,将原状土、SAT土壤柱中不同深度土壤DOM分级为疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).SAT对三级处理水中DOM的去除主要表现在土壤吸附及土壤生物降解两个方面,其中微生物对DOM的降解作用主要发生在土壤柱顶部0—0.50m段(尤其是0—0.25m段),而土壤对DOM的吸附作用则贯穿于整个土壤柱.三级处理水中HPO-A、HPO-N及TPI-A在土壤柱上部(特别是土壤柱0—0.50m)大量吸附而富集,表层生物对该组分相对较低的降解使得其在土壤柱0—0.25m段达到吸附饱和,并均于0.25m处达到最大;而TPI-N及HPI由于较易于生物降解,故其DOC在土壤柱顶部达到最高.三级处理水回灌过程中土壤DOM及其分级组分三氯甲烷生成势(THMFP)、紫外254nm处吸光度(UV-254)和比三氯甲烷生成势(STHMFP)均出现增长,其中HPO-A、HPO-N及TPI-A增幅相对较大;但各组分10%—30%的STHMFP增幅与其对应的THMFP及UV-254相比增幅较小.FT-IR结果表明三级处理水在SAT处理过程中改变了土壤DOM结构.

土壤含水层处理系统对再生水入渗过程中“三氮”去除的柱试验模拟

土壤含水层处理系统(soil aquifer treatment,SAT)是一种重要的人工回灌地下水方式。以再生水为回灌水源时,水中含有的"三氮"可能会对回灌区地下水造成污染风险。研究各种因素对在SAT中去除再生水中"三氮"的影响具有重要意义。本研究中,通过高200cm、内径50cm土柱试验,研究了SAT系统中粒径、干湿比(落干期与淹水期的比值)、在系统表层增加生物炭及渗透流速对实际再生水"三氮"去除效果的影响。结果表明,在干湿比1∶1条件下,实际河道细砂和中细砂柱底部出水中NH4-N平均去除率分别为73%和66%,去除机理主要为吸附和硝化作用,NO2-N基本被去除。系统中硝化作用导致NO3-N浓度升高,出水中NO3-N浓度平均增长了3.0%~4.1%。在深度115cm以上,中细砂柱内比细砂柱内的硝化作用更强,这导致了更高的NH4-N去除率和更低的NO3-N去除率。延长落干期后(干湿比3∶1),系统具有了更强的复氧能力,促进了硝化作用,使得NH4-N的平均去除率提高了20%,而NO3-N的降低了3%~4%,增加了NO3-N污染风险。在中细砂层添加5%重量生物炭后,吸附性能增强,使其对NH4-N平均去除率增加了20%~32%,但对NO3-N影响不明显。渗透流速与NH4-N的去除和NO3-N的增加均呈负相关。综合分析可得出,影响SAT系统去除"三氮"的最主要因素是干湿比和渗透流速,在回补水源中NH4-N浓度较高时,可考虑在SAT系统表层添加生物炭以增强其去除效果。

土壤含水层处理对溶解性有机物及三卤甲烷前体物的去除

在实验室通过模拟土壤含水层处理(SAT)的土壤柱系统研究了SAT对二级处理出水中溶解性有机物(DOM)及三卤甲烷前体物的去除情况.SAT对溶解性有机碳(DOC)、UV-254表征的有机物、可生物降解溶解性有机碳(BDOC)和非生物降解溶解性有机碳(NBDOC)的去除率分别为72.35%,53.98%,97.49%和35.33%.利用XAD树脂将二级处理出水中的DOM分为3个部分:疏水性有机酸(HPO-A)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)和亲水性有机物(HPI).SAT对HPO-A,TPI-A和HPI的去除率分别为61.06%,54.86%和74.95%.SAT对这3种DOM组分的三卤甲烷生成势(THMFP)的去除率分别为27.24%,26.24%和36.08%.核磁共振氢谱(1H-NMR)结果表明,在二级处理出水中,HPO-A比TPI-A含有更多的芳香族官能团.红外光谱(FT-IR)结果表明,经SAT处理后,TPI-A中碳氢化合物的相对含量降低,而芳香族化合物的相对含量升高.各DOM组分在波长254nm处的紫外吸收与DOC的比值(SUVA)和三卤甲烷生成活性(Specific THMFP)在SAT中均升高,其中HPI的SUVA和Specific THMFP升高的幅度最大.由于较高的含量和较高的Specific THMFP,HPO-A是在加氯消毒过程中生成三卤甲烷的主要前体物.

土壤-含水层侧渗系统在净化河水中的应用--以郑州市索须河工程为例

由于降水较少以及地下水超采,北方地区大部分河流基流匮乏,河水主要来自未经深度处理的城市生活污水和工业废水,河水水质难以达标。在这些地区,利用河流漫滩土壤和含水层的天然净化能力,建立近自然土壤-含水层侧渗系统是净化河水的有效途径之一。在介绍侧渗系统净化机理及适用条件的基础上,通过室内试验和野外示范工程研究索须河土壤-含水层对河水中氨氮的去除效果。室内试验表明该处土壤及浅部含水层对氨氮的去除主要通过稀释、吸附和微生物等作用;通过对示范工程典型剖面上的监测井观测表明该系统对氨氮的去除效果良好,受降水补给的土壤和含水层使得河水中的氨氮硝化为亚硝酸盐和硝酸盐。硝酸盐在地下水中很难被去除,只有少部分通过反硝化作用转化成N2。土壤-含水层侧渗系统行之有效,可应用于类似索须河的北方河流。

四氯乙烯和萘在氧化前后的含水层土壤上的吸附与加标解吸研究

采用批量平衡实验法研究了四氯乙烯和萘在过氧化氢氧化前后含水层土壤上的吸附。原土经过氧化氢处理后有机质含量明显降低,但是处理前后的土样对四氯乙烯和萘的吸附差别极小。过氧化氢对原土中极性官能团的破坏使原土中的大分子有机质变为小分子的可溶性有机质离开体系,造成土壤有机质含量降低。这些具有极性官能团的大分子有机质对研究的两种化合物的吸附贡献很小。在调节液固比使各种单一体系中的液相浓度差异达到一至两个数量级的情况下,加标解吸体系下的等温线仍表现为非常规的近似水平线,说明液相浓度的降低不足以使土壤中吸附的化合物发生解吸。这一结果从另一侧面说明两种目标物在研究土壤上的吸附是以在致密有机相上的吸附为主,而这部分有机质不会被过氧化氢所氧化。因此,在评估污染土壤对地下水的危害时,需慎重使用通过吸附实验得到并基于有机质总量的分配系数。

土壤非饱和区含水层对潮致地下水波动的影响

针对滨海潜水层中存在的潮致地下水波动现象,以Kong等提出的新型Boussinesq方程为理论基础,通过摄动解析法剖析波动组成及函数表达,在此基础上分析土壤非饱和区含水层对潮致地下水波动的影响机制。结果表明:地下水波传入滨海潜水层后,主频波幅呈指数型衰减,且渗透系数越小波能衰减越快;在非线性作用下,波动传播过程中将衍生出高频波,波能从低频波向高频波迁移;当土壤的非饱和持水性较强、土壤层非饱和区厚度较小、土壤孔隙率较小时,有利于潜水层内高频波的形成。

黑河流域中游灌区含水层系统异质性对地表热通量和温度的影响模拟

渗透系数是描述地下含水层系统空间异质性的重要参数,直接影响地下水位和浅层土壤水分分布,并最终间接影响地表辐射收支及地气间能量转换。基于三维物理过程的地下水—陆面过程耦合模型ParFlow-CLM,在黑河流域中游灌区开展数值模拟实验,分析4种渗透系数情景下地下水位埋深、地表热通量和温度的差异。结果表明,忽略水平方向异质性会降低地表热通量的模拟精度,同时设置水平和垂直方向异质性并考虑包气带—饱水带三维水力特征可提高地表温度的模拟精度;充分考虑土壤和含水层系统异质性能提高分层(尤其是0.2~0.5 m深度土层)土壤温度的模拟精度;土壤和含水层系统异质性对地表热通量和温度的控制作用受到下垫面、地形等环境因素的显著影响,尤其在裸地区域,地表感热通量和温度的模拟结果差异较大。研究结果可为干旱—半干旱地区高时空分辨率水文集成模型的构建提供科学依据。

土壤渗滤处理技术研究现状与进展

土壤渗滤处理技术在我国广大地区有很好的适应性和可行性，将有很好的发展前景。该文论述了土壤渗滤技术的发展历史和现状，并对近十年来该技术的实验室模拟、机理研究。

二级水DOM在活性炭及土壤层处理中的迁移转化

为有效控制污水处理厂二级出水在回用水加氯消毒过程中消毒副产物的产生,通过模拟活性炭(GAC)吸附及土壤含水层处理(SAT)实验,研究二级出水经GAC吸附后进行人工地下回灌过程中溶解性有机物(DOM)的迁移及转化规律.利用XAD-8/XAD-4树脂将水样中的溶解性有机物(DOM)分级为疏水性有机酸(HPO-A)、疏水性中性有机物(HPO-N)、过渡亲水性有机酸(TPI-A)、过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).HPO-A和HPI为二级水DOM中最主要组分(占到其DOC总含量的75%).GAC能有效吸附二级出水中HPO-A、HPO-N和TPI-A,而对TPI-N和HPI的去除率较低;后续的SAT能有效地去除GAC去除效果不佳的HPI,使DOM的去除率达到70.1%.GAC在有效去除总THMFP的同时(去除率为55.6%),能有效降低HPO-A、TPI-A、TPI-N的三氯甲烷生成活性(STHMFP);后续的SAT处理使系统总THMFP去除率达到67.2%.与单纯的SAT处理相比,GAC+SAT能够有效地降低各组分的STHMFP.

以色列污水灌溉土壤盐化及控制

以色列自然淡水资源极度短缺,几十年来污水农业灌溉极为普遍。但是长期的污水灌溉已经导致钠盐在土壤中的积累,进而导致土壤结构、稳定性、导水率等物理性质和肥力的下降。1993年-2011年,污水等高盐水灌溉导致以色列土壤钠吸附比从6升高到9,升高了近50%。因此本世纪初发展了污水脱盐农业利用模式,以期从根本上解决污水灌溉引发的土壤盐化问题。纳滤和反渗透技术用于污水脱盐处理,处理费用比海水淡化低,具有较好的应用前景。以色列的污水处理经历了常规二级处理、三级处理及脱盐处理发展阶段,处理后的污水经过渗滤塘渗入地下储存,渗滤过程中污水得到进一步净化,农业需水时抽取该地下水灌溉,最终实现安全可持续大规模的污水农业利用。我国可借鉴以色列的经验,在淡水资源短缺和土壤盐碱化严重的地区,开展污水和地下咸水淡化利用研究,探讨土壤盐碱化防治的途径。

二级处理出水中DOM在粉煤灰改性SAT系统中的去除

为进一步改善土壤含水层处理(SAT)系统对城市污水处理厂二级处理出水中溶解性有机物(DOM)的去除效果,在传统SAT系统中以不同的混合比例及填充方式加入粉煤灰对其进行改性,并通过紫外254 nm处吸光度(UV254)、溶解性有机碳(DOC)、比紫外吸收值(SUVA)及三维荧光光谱(EEM)技术对二级处理出水中三卤甲烷(THMs)前体物在粉煤灰改性SAT系统中的去除情况进行探讨.粉煤灰改性SAT系统对二级处理出水中的UV254、DOC、SUVA及三卤甲烷生成势(THMFP)的去除效果优于传统SAT系统.粉煤灰添加量的增加能大幅度提高SAT的处理效果,但会影响土壤中微生物的活性,故有效结合粉煤灰的吸附性与土壤层的生物降解作用可提高SAT的处理效果.量化的荧光强度数据表明,粉煤灰改性SAT系统可有效去除二级处理出水中以络氨酸类芳香性蛋白质、腐殖酸及富里酸类物质为主的THMs前体物.

氧化铁砂SAT去除对硝基苯酚的吸附行为及性能研究

对硝基苯酚为硝基芳香族化合物中极具代表性的一种物质,且已在环境中大量检出。为了提高土壤地下渗滤系统对硝基苯酚的吸附性能,采用氧化铁覆膜的方法对含水层介质进行了改性。由性能测试结果可知,氧化铁砂的表面形态主要为无定形态的絮状体或孔隙,且其比表面积为原砂的2~4倍。通过改性前及改性后其静态吸附动力学及等温吸附模型研究结果可知,覆膜氧化铁砂的吸附行为主要为化学吸附,且改性后材质极易吸附对硝基苯酚。颗粒吸附扩散模型计算结果可知,氧化铁砂吸附对硝基苯酚的扩散形式是表面扩散以及孔隙扩散,并且孔隙扩散作用高于表面扩散作用。Mini柱实验表明,吸附作用与溶质在介质中的滞留时间密切相关,因此在SAT运行过程中应将流速控制在适当的范围。

人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及变化

在实验室通过模拟土壤柱研究了人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及其三卤甲烷生成势和三卤甲烷生成活性的变化.利用XAD树脂将回灌水中的溶解性有机物分为3个部分:疏水性有机酸、过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.疏水性有机酸的三卤甲烷生成活性高于过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.土壤含水层处理(SAT)对亲水性有机物的去除率为68.51%,对疏水性有机酸和过渡亲水性有机酸的去除率分别为58.64%和41.86%.经SAT系统处理后,溶解性有机物及各有机组分的三卤甲烷生成势减少,而三卤甲烷生成活性升高.疏水性有机酸是生成三卤甲烷的主要有机组分.亲水性有机物在SAT系统进水中的三卤甲烷生成活性较低,但由于含量高,三卤甲烷生成势也较大.而过渡亲水性有机酸由于含量和三卤甲烷生成活性较低,三卤甲烷生成势也较低.

草坪生物过滤与再生水回用技术

再生水已经被去除了主要的污染物,但是仍然含有微量盐类(盐)、重金属(比如锌和钙)和微生物,而城市草坪是有效处理这些残留物的污水再过滤系统.草坪生物过滤是污水处理最好的过滤系统之一,亦是处理污水环境友好性最高的方式.再生水灌溉后回用不仅能充分利用水资源和草坪资源,而且可以通过草坪生物过滤与土壤含水层处理,去除污染物,提供优质中水.

Soil Moisture Variation under Different Irrigation Quota

[Objective] The aim was to study variation of soil moisture under different irrigation quota.[Method] By using Trime-TDR apparatus,soil moisture with different irrigation quota infiltration was measured;combining the characteristics of soil texture,curve characteristics of soil moisture variation with soil depth under different irrigation quota were analyzed.[Result] Different irrigation quota has resulted in variation of soil moisture in different layer depth.Soil moisture is 9.88%,17%,25% and 24.45% in so...