發(fā)布時(shí)間：2020-10-02 07:25

　　 淤泥在天然演化過(guò)程中受壓實(shí)作用的影響,釋放孔隙水至相鄰含水層,引起地下水水質(zhì)和水量的變化。銨氮(NH~+_4-N)作為淤泥中富存的污染物質(zhì),其在壓力作用下的釋放過(guò)程是影響地下水氮污染的重要因素。采集江漢平原地表的淤泥沉積物作為初始樣品,采用自主研發(fā)的加壓實(shí)驗(yàn)裝置,通過(guò)設(shè)置3種不同加壓模式即勻速加壓(0.04 MPa/12 h)、減速加壓(0.04～0.02 MPa/12 h)、加速加壓(0.04～0.06 MPa/12 h),對(duì)淤泥沉積物樣品進(jìn)行了壓實(shí)試驗(yàn),研究不同壓力條件下淤泥沉積物中NH~+_4-N的釋放特性及其影響因素,定量評(píng)價(jià)含氮淤泥沉積物對(duì)地下水氮輸入的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明:不同加壓條件下淤泥沉積物總釋水量表現(xiàn)為減速加壓(743 mL)加速加壓(704 mL)勻速加壓(692 mL),淤泥沉積物中總氮的釋放量表現(xiàn)為減速加壓(16.89 mg)加速加壓(16.32 mg)勻速加壓(15.20 mg),沉積環(huán)境逐漸從氧化向還原轉(zhuǎn)變;壓力和不同的加壓模式對(duì)淤泥沉積物中NH~+_4-N的釋放有著不同的促進(jìn)作用,壓力主要通過(guò)控制淤泥沉積物的含水率、孔隙結(jié)構(gòu)和Eh值等來(lái)影響淤泥有機(jī)質(zhì)的礦化作用、解吸附作用和氨化作用,進(jìn)而形成孔隙水銨氮的來(lái)源;勻速加壓孔隙水中NH~+_4-N濃度在壓力為0～0.16 MPa時(shí)快速降低,在壓力為0.16～0.40 MPa時(shí)少量增加,在壓力為0.40～0.60 MPa時(shí)呈波動(dòng)變化;加速加壓孔隙水中NH~+_4-N濃度在壓力為0～0.24 MPa時(shí)快速降低,在壓力為0.24～0.60 MPa時(shí)呈波動(dòng)上升;減速加壓孔隙水中NH~+_4-N濃度在壓力為0～0.16 MPa時(shí)快速降低,在壓力為0.16～0.40 MPa時(shí)呈降低趨勢(shì),但與勻速加壓孔隙水相比NH~+_4-N濃度變化趨勢(shì)變緩,在壓力為0.40～0.60 MPa時(shí)呈波動(dòng)變化。
【部分圖文】：

加壓實(shí)驗(yàn)裝置高為27 cm,內(nèi)徑為10.5 cm。本試驗(yàn)選取的淤泥沉積物顆粒平均密度的經(jīng)驗(yàn)值為2.8 g/cm3,根據(jù)表層淤泥含水率為35%,計(jì)算后按82.219 g/cm裝填土柱,每裝填1 cm壓實(shí)一次,保證裝填的均一性;裝填完畢后用蒸餾水(Healforce)以3 r/min的速率,使用內(nèi)徑為1.5 mm、外徑為3 mm的硅膠管飽水;飽水完成后放置一段時(shí)間,使樣品中的環(huán)境逐漸穩(wěn)定達(dá)到平衡狀態(tài)。為了模擬黏性土弱透水層的沉積過(guò)程及其對(duì)含水層水質(zhì)的影響,本試驗(yàn)采用簡(jiǎn)易的加壓實(shí)驗(yàn)裝置——加壓反應(yīng)器,其主要由氬氣瓶、主體反應(yīng)器、自動(dòng)收集器等部分組成,見(jiàn)圖1。該裝置底部安裝注射器收集壓出的孔隙水,防止孔隙水與空氣接觸導(dǎo)致氧化還原電位和NH+4-N濃度發(fā)生變化。在加壓過(guò)程中,對(duì)排出的孔隙水進(jìn)行連續(xù)采樣,測(cè)定不同加壓階段的出水量和孔隙水的水化學(xué)指標(biāo),分析孔隙水水化學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律,推測(cè)出可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),并分析不同加壓條件對(duì)孔隙水中NH+4-N的釋放規(guī)律與機(jī)制的影響。1.2.2 加壓模式和加壓速率確定

壓力是控制淤泥沉積物含水率的主導(dǎo)因素,根據(jù)壓實(shí)試驗(yàn)出水量可計(jì)算出土柱內(nèi)淤泥沉積物樣品含水率隨壓力的變化,不同加壓模式下淤泥含水率隨壓力的變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖2(a)。由圖2(a)可見(jiàn),隨著施加壓力的不斷增加,土柱內(nèi)淤泥沉積物樣品的孔隙壓力不斷上升,導(dǎo)致孔隙水不斷釋放,因此其含水率不斷降低;隨著土柱的壓實(shí),淤泥滲透性降低,導(dǎo)致孔隙水釋放速度變緩,淤泥釋水量表現(xiàn)為減速加壓(743 mL)>加速加壓(704 mL)>勻速加壓(692 mL);減速加壓試驗(yàn)受壓釋水時(shí)間最長(zhǎng),因此淤泥釋水量較多,而加速加壓試驗(yàn)中由于淤泥沉積物柱體下端快速固結(jié),釋水時(shí)間減少,因此淤泥釋水量少于減速加壓試驗(yàn),但施加的壓力大,故每次增大施加壓力后淤泥釋水量較勻速加壓試驗(yàn)多;壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)束后,加速加壓試驗(yàn)淤泥沉積物樣品的含水率從35.1%降為22.3%,減速加壓試驗(yàn)淤泥沉積物樣品的含水率從37.3%降為24.3%,勻速加壓試驗(yàn)淤泥沉積物樣品的含水率從35.3%降為22.9%。

勻速加壓試驗(yàn)始終保持加壓速率為0.04 MPa/12 h,得到勻速加壓條件下孔隙水中NH+4-N和NO-3-N濃度的變化,見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn),在勻速加壓條件下孔隙水中NH+4-N和NO-3-N濃度的釋放特征可分為三個(gè)階段:第一階段為0～0.16 MPa,加壓時(shí)長(zhǎng)為48 h,孔隙水中NH+4-N和NO-3-N濃度均呈下降趨勢(shì),其中NH+4-N濃度從6.04 mg/L降至2.67 mg/L,NO-3-N濃度從0.486 mg/L降至0.329 mg/L;第二階段為0.16～0.4 MPa,加壓時(shí)長(zhǎng)為72 h,孔隙水中NH+4-N濃度總體呈增加的趨勢(shì),即從2.67 mg/L增至3.40 mg/L,但變化不大,較為穩(wěn)定,而孔隙水中NO-3-N濃度呈波動(dòng)性增加,即從0.32 mg/L增至0.50 mg/L;第三階段為0.4～0.6 MPa,加壓時(shí)長(zhǎng)為60 h,孔隙水中NH+4-N和NO-3-N濃度的變化較為紊亂,且對(duì)應(yīng)壓力的NH+4-N與NO-3-N濃度表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì),這一階段可能與硝化-反硝化作用有關(guān),其中NH+4-N濃度從3.60 mg/L增至4.69 mg/L,NO-3-N濃度從0.50 mg/L降至0.30 mg/L。

【相似文獻(xiàn)】

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1 劉銳;馬騰;邱文凱;劉妍君;陳娟;張董濤;;淤泥沉積物中有機(jī)碳的環(huán)境意義[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2019年01期

本文編號(hào)：2832102