傍河水源地地下水氧化还原条件变化影响下胶体-氨氮共迁移规律研究

Riverbank filtration is one of the important ways of urban water supply within world scope, but the ammonia pollution threat the safety of urban drinking water supply, redox condition is an important factor to control the migration of ammonia, the colloids in aquifer have significant influence on the ammonia adsorption, the co-migration study of colloid-ammonia under changing redox conditions has an important significance to the safety of riverbank filtration. Kaladian Riverbank Filtration Field will be the selected study area, integrated use of data collection, field condition investigation, indoor modeling experiment and numerical simulation methods, study the variation of redox zones and environmental behavior characteristics of colloids under different riverbank filtration conditions, reveal the interaction mechanism of colloid-redox zones and the synergistic effect mode of colloid-ammonia, predict the co-migration trends of colloid-ammonia under changing redox conditions with different riverbank filtration schemes, the results provide basis for the safety of urban drinking water supply and reasonable water resources management plans.

傍河取水是世界范围内城镇供水中重要的取水方式之一，但河水中日趋严重的氨氮污染威胁着城镇的饮用水供水安全，氧化还原条件是控制氨氮迁移转化的重要因素，而含水层中广泛存在的胶体对氧化还原条件和氨氮的吸附作用具有显著的影响，因此开展氧化还原条件变化下胶体-氨氮共迁移规律研究对保障傍河取水安全具有重要意义。本次研究拟选择吉林省松原市卡拉店傍河水源地为研究区，综合运用数据收集整理、野外场地条件调查、室内模拟实验和数值模拟模型等手段，研究不同傍河取水条件下氧化还原分带的时空演变特征和胶体的环境行为特征，并揭示胶体-氧化还原分带时空演变过程的互馈机制和胶体-氨氮的协同作用模式，预测傍河取水过程中氧化还原条件变化对胶体-氨氮共迁移趋势的影响，为保障傍河水源地的饮用水水质安全和制定合理的水资源管理方案提供依据。

傍河取水是重要的水资源利用方式，在过滤河水中有毒有害物质同时也存在NH4+超标的风险。地下水中NH4+与胶体的迁移特征呈显著相关性，有必要开展胶体-NH4+共迁移的研究，可更好的为傍河水源地的开采管理及地下水中NH4+的去除提供科学依据。本次研究在松原市卡拉店傍河水源地应用原位监测、水化学与稳定同位素示踪、室内实验模拟和数值模拟手段：查明了傍河水源地的水文地质条件以及河水-地下水的水动力交换特征；识别了河水入渗水流路径上氧化还原分带的时空变化及其与NH4+含量的共同演化趋势；掌握胶体-NH4+悬浮液的理化特征、吸附特征及其与氧化还原分带的互馈机制；揭示傍河水源地地下水氧化还原条件变化影响下胶体-氨氮共迁移机制。结果表明：1）受控于含水层岩性与河水-地下水水力交换强度，河水入渗速率在浅/深层、丰/枯水季内具有差异，地下水滞留时间的变化导致各顺序还原带协同变化，在河水-地下水水力梯度较高的丰水季内各分带水平分布范围更广，以Fe(III)还原带变化最为明显。2）傍河水源地内地下水中NH4+源于补给源（河水和区域地下水）和零级的有机氮的矿化反应，因而地下水中NH4+稳定输入而无季节性变化，受胶体影响的NH4+吸附成为控制地下水NH4+迁移的主因。3）傍河水源地内胶体主要为腐殖酸胶体和Fe(OH)3胶体，前者广泛分布而无季节性变化，后者分布于Fe(III)还原带并呈现出显著季节性变化。上述胶体的稳定性及胶体对NH4+吸附受控于胶体浓度和pH，水源地地下水pH为中性（6.9~7.8），胶体稳定，胶体浓度成为胶体-NH4+共迁移的主控因素，胶体浓度越大对NH4+的吸附能力越强。4）开采驱动下，河水持续入渗补给地下水的过程中氧化还原分带、胶体和NH4+含量的共同演化。丰水季内河水-地下水水力梯度较大，Fe(III)还原带分布范围扩大，该带内在Fe(III)还原、Fe2+被过量O2/NO3-氧化、Fe2+与HS-生成FeS沉淀过程中生成大量的Fe(OH)3，呈胶体态，可吸附一部分NH4+而固定于介质中。枯水季内Fe(III)还原带分布范围变小Fe(OH)3对地下水中NH4+的吸附量降低，使傍河水源地内枯水季地下水NH4+含量高于丰水季。