Removal of Organic Pollutants in Municipal Wastewater for Artificial Groundwater Recharge

IntroductionChina is a developing country with about onefifth of the world's population. Rapid economicdevelopment in China has created the need toimprove the country's infrastructure,notably withrespect to freshwater availability in the dry andsemi- arid regions in northern China. More than30 0 of China's 60 0 cities suffer from watershortages totalling about6× 1 0 9m3annually,whilemost of the rivers,lakes,and reservoirs arepolluted to some degree. Except for some inlandrivers and large re…     

地下水人工回注污染物迁移转化饱和流模型

利用污水处理厂二级出水进行的人工地下回注伴随有污染物迁移转化的地质化学及生物化学过程,现存的商业化软件无法模拟。该文以饱和流模型为基础,结合对流-扩散过程、吸附过程及可能的生物降解过程,建立了一个针对地下水人工回注的数学模型。采用有限体积差分并对水浸深度不同的网格采取不同的离散措施,保证在地下水面处的连续性。应用算子分裂技术并设计了一种特殊的迎风差分格式,使得模型求解速度加快。该模型已应用于北京市高碑店污水处理厂人工地下水回注示范工程。     

絮凝沉淀-人工湿地-地下水回灌系统水质处理试验研究

为探讨德阳市絮凝沉淀-人工湿地-地下水回灌系统运行各阶段的水质处理效果与开采供水的可行性,开展了水质分析、絮凝沉淀试验、人工湿地水处理试验、入渗试验、抽水试验、数值模拟等多项前期试验与分析。试验结果显示,绵远河水的浊度、氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、总大肠杆菌、细菌总数指标是系统重点处理的水质指标,研究场地内地下水质量总体良好;絮凝剂聚合氯化铝(PAC)的最佳投加量为5. 3 mg/L[以三氧化二铝(Al2O3)计],沉淀时间不小于1. 5 h;单个入渗池运行时理论入渗量可达13 574. 4 m3/d;三口开采井的开采量可达3 960 m3/d;数值模拟结果显示入渗水从入渗补给池到开采井含水层有充足的时间杀灭病菌和病毒,开采井地下水的主要补给来源是入渗池的垂向入渗补给量。综合研究表明,系统运行水质主要控制指标理论上均可达到设计回灌水质要求,供水量可满足设计要求,对地下水环境造成影响较小,系统运行在技术上是可行的,但需要持续开采地下水;试验结果为校正地下水数值模型、系统的改进、系统全面运行提供了重要的参考。     

基于野外试验的上海市地下水人工回灌可行性分析

地下水人工回灌是提升地下水水位,增加地下水储量的有效方法,因其便于实施而被国内外广泛应用,可行性分析是进行地下水人工回灌的前提。在野外试验的基础上对上海市地下水人工回灌的可行性进行分析,野外试验的监测结果表明,在上海市进行人工回灌后,各监测井中地下水水位得到了明显的提升,同时,回灌水注入地下水后,除与地下水发生混合作用外,还发生了水岩作用、矿物溶解反应等,使地下水环境和水质组分含量发生变化,对地下水水质造成影响,由此可见,优质的回灌水源的选取也是至关重要的,并且在上海地区实行人工回灌是可行的。     

土壤基质对回灌水的净化效果

在水资源管理体系中,人工地下水回灌是实现水资源再生的有效途径。介绍了城市污水人工地下水回灌技术的基础理论与发展现状。利用在北京市高碑店污水处理厂内的建立的人工地下水回灌示范工程,初步研究了城市污水处理厂二级出水经深度处理后进行地下水回灌对地下水水质的影响。引入钠吸附比表征回灌水在渗滤过程对土壤结构的影响。研究结果表明:土壤非饱和带对可溶解性有机碳(DOC)、氨氮(NH_4~ -N)、UV-254表征的有机物有良好的去除效果,对回灌水中可吸附有机卤化物(AOX)的去除率很低。     

深层承压含水层人工回灌条件下地下水中硝酸根的衰减

 收集了某地深层承压含水层人工回灌从2012 年8 月13 日至2013 年1 月16 日的水质数据,研究了回灌过程中地下水中NO₃^- 的衰减。在深层承压含水层中,硝酸根的衰减主要受反硝化作用的影响。讨论了pH 值、电子供体、温度、溶解氧等影响因素,结果表明,在本次回灌过程中,pH 值、电子供体对NO₃^- 的衰减基本没有影响,硝酸根衰减主要受到地下水水温及溶解氧的影响。回灌过程中,由于地下水水温逐渐下降,溶解氧质量浓度逐渐上升,NO₃^- 衰减半衰期经历了一个先保持稳定而后迅速上升的过程。     

Treatment of Organic Compounds in Reclaimed Wastewater for Groundwater Recharge

To study water quality problems associated with groundwater recharge, a tertiary treatment process, consisting of coagulation, sand filtration, and granular activated carbon (GAC) adsorption, was used in combination with a simulated soil aquifer treatment. The process significantly improved secondary effluent quality. GAC adsorption reduced organic substances expressed by UV-254, dissolved organic carbon as well as partially adsorbable organic halogens. The results of the Ames test show that the secondary effluent contains a high concentration of mutagens. GAC filtration removed adsorbable organic bromine slightly whereas GAC adsorption removed mutagens effectively. The simulated soil aquifer treatment was able to further reduce UV-254, dissolved organic carbon, and adsorbable organic halogens through biodegradation. Adsorbable organic bromine levels were also reduced by the soil aquifer treatment process. The given reclamation technology used for groundwater recharge is of benefit to the removal of dissolved organic carbon, UV-254, adsorbable organic halogens, and rnutagenicity.     

平原区深层地下水资源可恢复性研究

为合理开发深层地下水资源,确定深层地下水资源的可恢复性,以桓台县为例,在分析其水文地质条件的基础上,依据地下水位动态监测及地下水水质取样分析,通过对水动力和水化学动态特征两个方面的研究,探讨深层地下水资源的构成及特性.研究表明:随着不断超量开采,研究区深层地下水水位下降速率加大,深层地下水接受浅层越流补给和侧向径流补给特征明显,激发越流补给增加,但水化学组分并没有明显改变,深层地下水资源具有一定的可恢复性,但开采量必须得到合理控制.     

滹沱河地下水超采区人工回灌的水岩相互作用模拟

人工回灌条件下回灌水与地下水混合带的水岩相互作用是决定地下水水质演化和含水层发生化学堵塞的关键过程。为研究人工回灌对滹沱河地下水超采区水质演化的影响,以石家庄市人工回灌场地为例,利用石津灌渠水作为回灌水源,通过室内实验结合反向水文地球化学模拟揭示回灌层位地表水与地下水混合带的水-岩相互作用机理。结果显示：混合带水的TDS（total dissolved solids）变化特征表现为先增大后缓慢降低,且地表水占比越大、含水介质粒径越细,则其变幅越大;混合带水中主要离子质量浓度变化特征受混合、碳酸平衡、溶解-沉淀、阳离子交换及硝化作用控制,其中K⁺、Ca²⁺、SO₄^2-质量浓度主要受溶解-沉淀作用控制,Na⁺、Cl^-、HCO₃^-、NO₃^-质量浓度主要受混合NO₃^-作用控制,Mg²⁺质量浓度主要受阳离子交换作用...     

宁夏西部兴仁盆地地下水水化学特征

对宁夏西部兴仁盆地地下水水化学特征进行了研究．结果显示,地下水水质较差,由补给区的硫酸重碳酸型微咸水向排泄区过渡为卤化物硫酸型苦咸水,随深度的增加由苦咸水过渡为微咸水;溶滤与蒸发作用是导致地下水矿化度较高的主要原因,随矿化度的升高,SO1^2-,Cl^-和Na^＋的含量迅速增加;水中F^-质量浓度普遍偏高,NO3^-质量浓度随含水层埋深的加大而减小,丰枯期变化明显．地下水同位素证明,研究区地下水主要来源为大气降水补给,浅层地下水的年龄低于深层地下水;在盆地灌区内,深层地下水的补给模式已发生改变,已接受上部潜水的越流补给．     

苏北平原隐伏玄武岩地下水研究

针对苏北平原地表水污染严重,深层承压水成为主开采层,在大量抽取地下水之后,依然存在高水位地区的问题,对连云港、淮安、扬州、泰州和盐城等地的河水、地下水进行采样,测试分析了样品的氢氧同位素以及水化学特征。结果表明:苏北平原承压水氢氧同位素相对于地表水和浅层地下水贫化,并非来自当地降水下渗以及上部含水层越流补给,补给源具有明显的同位素贫化的特征;地下水接受现代降水补给,承压水中测到明显的来自核试验的氚;地下水水岩反应以硅酸盐反应为主,上新世以来东亚地区发生了多期火山喷发,第四纪地层下的隐伏玄武岩地区可能是深层地下水发生水岩反应并产生偏硅酸的主要含水层,而后这些富含偏硅酸的地下水通过断裂带运移到第四纪承压含水层中。     

北京地区厚卵石潜水层现场回灌试验研究

深基坑工程中的地下水回灌根据应用目的分为环境控制型和水资源保护型两类,其中环境控制型已经进行了大量的试验和理论研究,而水资源保护型研究较少。本文以北京地铁丰益桥南至终点区间降水工程为背景开展回灌试验,日均回灌量达到94 627.1 m3,实现了抽水量的等量回灌,证明了在厚卵石潜水层中进行水资源保护型回灌的可行性。试验结果表明：单井设计回灌量应以现场试验为准,应用Dupuit理论计算的单井最大自然回灌量18 285 m3/d,远远大于现场试验值1 920 m3/d。抽灌流量相同的条件下,基坑水位降深7 m,回灌池水位抬升6 m,含水层的回灌能力高于抽水能力。回灌水体主要渗流至基坑区域,导致基坑靠近回灌池一侧的地下水位高于另一侧2.5~3.5 m,基坑涌水量较未开始回灌时增加了30.9%。得到的结论为相似地层条件下水资源保护型回灌的研究与应用提供参考。     

Groundwater circulation relative to water quality and vegetation in an arid transitional zone linking oasis, desert and river

In groundwater-dependent ecosystems, groundwater circulation controls the overall water quality and ecosystem dynamics. Groundwater and vegetation across a 30-km groundwater transect linking oasis, desert and river in an extremely arid area were investigated with a series of soil profiles drilled into the unsaturated zone to understand groundwater circulation and its control on groundwater quality and surface vegetation in the extremely arid Lower Tarim River, NW China. Measurements have included water-table depth, water chemistry and water isotopes (2H, 18O, 3H) for 15 water samples, soil moisture and chloride content for 11 soil profiles, and vegetation investigation. Results show that the groundwater in desert zone is characterized by slow recharge rate (pre-modern water), great water-table depth (6.17-9.43 m) and high salinity (15.32-26.50 g/L), while that in oasis (uncultivated land) and riparian zone is characterized by relatively fast recharge rate (modern water), small groundwater-table depth (3.56-8.36 m) and low salinity (1.25-1.95 g/L). Stable isotopes show that secondary evaporation takes place during irrigation in oasis. The vegetation characteristics (coverage, richness, evenness and number of plants) are closely related to soil moisture and water-table depth. Groundwater recharge from irrigation in oasis and from river in riparian zone sustains a better ecosystem than that in the desert area, where lateral and vertical groundwater recharge is limited. The more evapotranspirative enrichment may occur in the vegetated and water-rich riparian zone as compared to desert. This study also demonstrates the effectiveness of environmental tracers in studying ecohydrological processes in arid regions.     

银川平原地下水同位素特征分析

地下水同位素特征表明银川平原地下水具有不同的补给模式。贺兰山洪积扇单一潜水主要接受山区侧向径流及大气降水补给;青铜峡洪积扇单一潜水及冲湖积平原上覆潜水,主要接受黄河灌溉水的入渗补给。天然状态下,承压水为古地质时期补给形成的“古水”,地下水交替缓慢;开采状况下,平原东部承压水受到了现代补给水的影响,潜水越流量占补给量的50%左右。针对平原区不同的水文地质条件及循环特征,建议采取相应的措施,合理开发利用水资源。     

采用组合式强化井灌的人工地下水回灌

利用城市再生水补给地下水是扩大地下水资源存储量、缓解水资源短缺的有效解决途径。该文通过土壤柱模拟组合式强化井灌系统,并协同臭氧氧化工艺针对城市再生水补给地下水进行研究。实验结果表明:该系统对化学需氧量(COD)的去除率为53%,对UV254的去除率为59%,对磷有较好的固定作用。土壤优先去除易生物降解、非芳香族特征的有机物。臭氧氧化可以改变再生水中有机物的分子结构,提高再生水的可同化有机碳(AOC)值,促进后续土壤对有机物的降解作用。     

利用ArcGIS研究密怀顺回补区地下水位时空变化

密怀顺地区是北京市重要的水源涵养区,直接影响着主城区的供水安全。2014年南水北调盈余水量通过潮白河河道回补地下水,地下水位持续抬升,地下水升幅带不断变厚,包气带厚度变薄。基于ArcGIS软件,通过对区域地下水位2014~2022年进行研究,结果表明：（1）研究区地下水位持续快速升高,升幅为26.38m,其中密云区升幅19.01m,怀柔区升幅28.26m,顺义区升幅31.67m;（2）地下水位低升幅带面积为144.47平方千米,占研究区面积的29.67%,地下水位中升幅带面积约为128.85平方千米,占研究区面积的26.47%,地下水位高升幅带面积约为213.52平方千米,占研究区面积的43.86%;（3）研究区包气带厚度由43.07米减小至16.69米,减少了26.38米,其中密云区由43.42米减小至24.41米,减少了19.01米,怀柔区由39.38米减小至11.13米,减少了28.26米,顺义区由45.83米减小至14.11米,减少了31.72米。结果基本反映了该地区地下水时空变化特征,分区结果可进一步支撑地下水管理、地下水政策制定及地下水型水源地的精细化管理。     

不同淡水驱替海水过程中渗透性变化试验研究

采集了青岛市胶州大沽河下游咸水入侵区砂样,以及大沽河河水、李哥庄镇当地居民饮用地下淡水和雨水。通过室内土柱驱替实验,对不同类型的淡水驱替咸水的过程中含水介质的渗透性变化规律进行了研究。结果表明,淡水驱替咸水的过程中,多孔介质渗透性均发生突变,不同类型的淡水驱替咸水时含水介质渗透性降低程度不同:河水驱替海水时渗透性降低幅度最大,降低了66%;雨水驱替过程中渗透性降低幅度为46.2%;地下水驱替过程中渗透性降低幅度较小,降幅为17.5%。说明天然条件下的驱替不能达到防治海水入侵的目的,选择大沽河河水回灌效果会更好,可以为海水入侵治理中驱替水质的选择提供科学依据。     

新疆塔里木河生态脆弱区渭干河灌区

本文论述了塔里木河生态脆弱区渭干河灌区地下水水文地质、赋存、补给、径流、排泄特征、化学特征和地下水动态变化特征。灌区地势北高南低决定了地下水的基本流向,地下水主要以地表水转化补给为主,灌区地下水表现为渗入-蒸发型的动态特征,年际变化小,现状地下水仅有少量生活用水开采,开采量很小,水质较好,满足集中式生活饮用水水源及工、农业用水要求。科学认识该区地下水特征,对该区地下水开发、保护、治理以及调配流域和区域水资源保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用政策的实施提供了科学依据。     

基于对应分析法的北京密怀顺地区地表水回补地下水环境影响评价

为探究地表水回补地下水对地下水水资源和水环境的影响，本文以北京密怀顺地区南水北调水回补地下水工程为例，利用对应分析法分析了回补后11个监测井的地下水水位和水质的变化特征. 研究结果表明:1）2015—2016年间在北京潮白河密怀顺段，南水北调累计向潮白河补水4 413万 m3，河道补水后入渗量为4 362.2万 m3，占总调水量的94%；2）地下水水位抬升明显，近河道监测井最大升幅达到13.98 m；3）由于回补水质较好，以及包气带和含水层的过滤作用，地下水回补后地下水水质得到改善. 本研究结果可为北京市密怀顺地区地表水地下水联合调度提供参考.      

新疆塔里木河生态脆弱区渭干河灌区地下水特征分析

本文论述了塔里木河生态脆弱区渭干河灌区地下水水文地质、赋存、补给、径流、排泄特征、化学特征和地下水动态变化特征。灌区地势北高南低决定了地下水的基本流向,地下水主要以地表水转化补给为主,灌区地下水表现为渗入-蒸发型的动态特征,年际变化小,现状地下水仅有少量生活用水开采,开采量很小,水质较好,满足集中式生活饮用水水源及工、农业用水要求。科学认识该区地下水特征,对该区地下水开发、保护、治理以及调配流域和区域水资源保障供水安全、生态与环境安全和地下水资源的可持续利用政策的实施提供了科学依据。