滞洪型平原水库库底沉积物对氮素的吸附规律

Posted 2023-01-13 砂土

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　　氨氮作为地表水中的主要污染物，在一定条件下会通过地表水与地下水的水动力联系而迁移、累积至地下水，氮污染已成为地下水污染的主要因素，也引起了人们的高度重视。目前对氨氮污染在地表水与地下水的迁移转化过程方面研究主要集中在(地表水与地下水交互带中的迁移转化规律密切的平原型水库库底沉积物对氨氮吸附研究较少而普遍研究的是平原型水库库区渗漏、浸没、塌岸和淤积等地质问题。

　　石佛寺水库是辽河干流上唯一的滞洪型平原水库，它是以拦河坝和防洪堤而构筑在辽河冲洪积地层之上，库区及其周边平原区第四系覆盖层较厚，地下水属于孔隙潜水。为了提高水库的综合利用，在库区内利用地表K地下联合调蓄开采地下水并向沈阳市农业高新技术产业区供水5.0万m3/d。据有关文献报道辽河氮污染较重致使水库地表水中氨氮含量也超标，因此水库地表水中的氨氮能否对地下水源水质构成威胁，是令人关注的问题。该水库库底为具有二元结构的潜水含水层，顶层为粉质砂土，其下为中粗砂。顶层粉质砂土既是地表水与地下水联系的通道又是污染物运移的屏障，为此本次以库底粉质砂土层作为研究对象，利用库区原水和库底原状土样进行室内土柱模拟实验。通过实验了解库底粉质砂土沉积物对氮素吸附降解性，以及氮素在库底沉积物介质中的迁移与积累规律，以便为石佛寺水库地表K-地下联合调蓄供水安全提供可靠依据为治理与修复石佛寺流域水生态环境提供有效的科学依据。

　　1实验方案

　　1.1实验监测因子的确定

　　根据辽河水质检测结果，考虑到辽河水质常年氨氮超标的情况，本次实验选取氨氮和总氮作为实验研究对象

　　1.2实验装置与材料

　　1.2.1实验装置本次实验采用有机玻璃柱，高度设置为70cm,直径设计为14cm。土柱固定在铁架子上，装置简图见图1。

　　为便于出水的收集，出水口安装过滤网和水阀，并用有机玻璃管连接后套上乳胶管作为采集水样的出口。由于土样含水率较大，为了出水孔不被堵塞，在土柱底部铺设高约3cm的较大颗粒的卵石。为了防止进水对粉质砂土层的冲击负荷过大，在粉质砂土层上面铺设一层玻璃纤维丝，减少水流对土壤样品的冲刷。为了方便计量水量和检修实验装置，在进水管上设置流量计和电闸阀。

　　1.2.2实验材料

　　(1) 在石佛寺水库现有的6个常规监测断面上，采用抓斗式采样器采集适量表层新鲜沉积物装入铝制采样盒，立即带回实验室保存在-20.C冰箱中，用于底层土理化性质分析。经实验测定，库底沉积物的PH为7.4，含水率30.3%，渗透系数为5.8*10-5m3/d。

　　在室温下，将采集到的底层土样品放置在阴凉通风处(室温下)自然风干。将风干的底层土样品平铺于硬质白纸板上，用玻璃棒碾碎，剔除动植物残体及大小碎石等杂物，用研钵研磨过筛后，装入自封袋中用于底层土氨氮吸附实验。

　　(2)土样比例分配。根据石佛寺水库库底沉积物的性质，在实验土柱中按底层土原样装填20cm的粉质砂土层，粉质砂土层也分为3层，具体情况如表1所示。为了防止实验土壤粉质砂土层的流失，先在土柱底部铺设3cm的卵石和4cm的石英砂，形成混合层。

　　1.3实验方法

　　首先，用去离子水对有机玻璃柱进行润洗，润洗结束进行土样填装。实验土样属于土样原样，按照自然状态进行装填。考虑到装填过程中难免存在扰动，因此装填完毕后自然沉降数日，适当打开排水阀放气，避免形成气堵，以恢复其原始状态)。

　　其次，采用NH4CL配制成15mg/l的实验水样并加入2滴0.1%的氯仿抑制微生物的作用。将配置好的水样注入至有机玻璃柱顶部的水箱，利用高度差来实现定水头动态连续注入来模拟库区连续入渗的情况。根据库区实际蓄水情况，按照1/5的比例来蓄水，本次实验水位定于粉质砂土层上方40mm处，并设置了一个溢流孔，保证水位在40mm以上。为了使水样均匀从顶部渗入，在土壤顶部铺设一层玻璃纤维丝。。

　　最后，在出水口采集水样进行氨氮和总氮的检测，采样间隔为24h实验历时40d。氨氮的测定方法选择纳氏试剂分光光度法#总氮的测定采用过硫酸钾氧化K紫外分光光度法。

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