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为了预测同时发生的氮形态的转化和运移,根据迦辽金(Galerkin)剩余加权法和所构成的逆向加权方法提出了一个二维有限元模型。研究氮循环假定了氮形态NH_4~+、NO_3~-、有机氮N和反硝化反应的分馏物之间,氮的硝化作用、反硝化作用、凝滞作用和矿化作用为一级比率系数。在假定NH_4~-的吸附为一弗里德里奇(Freundich)型非线性等温线(S=K_dC~p)的同时,还假定溶解于土壤中的NO_3~--N含量在交换场所的吸附作用可以忽略。通过模型分析的结果与所取得的野外数据相比较来验证所提出的模型的精度和正确性。结果表明逆向加权法较之标准加权剩余方法精度和稳定性都有提高。从氮循环动力学上研究灵敏度表明不同的氮形态浓度和累积质量的分布实际上受到硝化反应速率的影响,而分布系数的影响则较小,同样受到非线性函数P的影响也很小。为了评价这种模型在野外实际情形下的适用范围,将有氮排放的排泄区之下取得的地下水氮浓度的数据与数值模拟的结果相比较。在实验误差范围内,预测结果与观测的数据是一致的。 相似文献
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《地学前缘》2021,(5)
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NH_4-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,NO_2-N基本被去除。系统中硝化作用导致NO_3-N浓度升高,出水中NO_3-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NH_4-N去除率和更低的NO_3-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NH_4-N的平均去除率提高了20%,而NO_3-N的降低了3%～4%,增加了NO_3-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NH_4-N平均去除率增加了20%～32%,但对NO_3-N影响不明显。渗透流速与NH_4-N的去除和NO_3-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NH_4-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。 相似文献
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潜流带是河流地表水和地下水交混区域,是河流中重要的物质能量交换和水生生物栖息的场所,而胶体颗粒在潜流带中沉积,会改变潜流带中的水动力结构和生态环境。本文利用室内循环水槽实验和多物理场耦合的数值模拟方法,旨在研究胶体颗粒在河流上覆水与潜流带中的迁移过程和胶体颗粒在潜流带中沉积分布特征及其对不同因素的响应规律。结果表明:河流上覆水中胶体会逐渐被河床截留且截留胶体集中于河床浅层;沙波水平方向截留量呈现出迎水面较高、背水面较低的趋势;胶体在潜流带沉积的主要机制是潜流交换、颗粒沉降与河床截留作用。本文能为胶体颗粒在潜流带中的生态环境作用研究提供科学依据,并为河流生态环境修复、河流健康管理提供理论支持。 相似文献
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干湿交替的回灌方法常被用于解决地面回灌补给地下水的堵塞问题。研究干湿交替条件下地面回灌对地下水的影响对于指导再生水回灌地下水具有重要实际意义。通过室内土柱模拟实验,在入渗强度为10.5 mm/h的条件下,日均进水量3 888 mL;用干湿交替的地面回灌模式持续运行136 d,累计灌入氨氮含量为5 mg/L的模拟再生水23 894 L,研究包气带土柱对氨氮的去除效果及氮素在包气带中的迁移转化规律。研究表明,充分利用包气带的好氧、兼氧和厌氧环境,生物脱氮是地下水回灌过程中脱氮的主要途径。包气带对氨氮的去除机理主要为土壤对氨氮的吸附作用和微生物的降解作用。回灌过程中累积在土颗粒表面的氨氮在干期发生硝化作用,干湿交替会加强氮素在包气带的迁移转化,导致干期后的回灌初期大量硝态氮迁移到饱和带地下水中。 相似文献
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三氮是我国地下水中典型污染物,其在包气带和含水层中的迁移转化过程受到高度关注。近几年,地下水位波动带中的三氮迁移转化已经成为新的研究领域。在综合运用文献计量分析法,定量分析相关研究趋势的基础上,系统总结地下水位波动带形成及特点,梳理波动带中三氮迁移转化过程及生物地球化学过程最新研究表述及成果,并对今后可能的研究热点和方向进行了展望。现有研究表明:水位波动带中环境指标如土壤含水率、氧化还原电位、溶解氧和有机质含量均表现出一定的分带性规律,微生物菌群结构和功能基因更多样化,并呈现一定的分布特征。随着地下水位波动,包气带中的三氮易浸溶进入地下水并发生迁移。地下水位上升,硝化作用减弱,反硝化作用增强;地下水位下降,硝化作用增强,反硝化作用减弱。为完善水位波动带三氮迁移转化过程研究,应进一步关注:（1）将水化学演化分析与分子生物学高通量测序方法相结合,深入探究水位波动带三氮转化与微生物作用机理;（2）除关注硝化、反硝化作用外,增加异化还原、同化还原和厌氧氨氧化等作用过程的研究;（3）细化分析更多情境、更多影响因素的水位波动过程,识别水位波动带三氮转化的关键影响要素。 相似文献
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氮污染含水层治理技术综述 总被引：1，自引：0，他引：1
本文通过对“三氯”（NO3^-,NO2^-,NH4^ )的迁移转化机理研究，指出反硝化作用是地下水中除氮的主要过程，并分析了影响反硝化作用的主要因素，进一步推导出地下水系统中硝化与反硝化作用的数学模型，去除含水层中的氮是当今国内外重点研究的现场净化技术之一，文中介绍了双井系统、多井系统、Nitredox法、综合系统法及麦杆生物反应器法的基本原理、应用条件、处理效果等，各种方法均可使受氮污染的含水层得以再生。 相似文献
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为揭示河床形态特征引起的潜流交换规律,构建循环式水槽装置,通过NaCl示踪对比分析了4种河床地形驱动下的潜流交换规律,并基于扩散理论探讨了潜流交换与地表水水动力及床沙渗透特性之间的关系.结果表明,潜流交换可以发生在平坦河床地形,且交换速率随地形起伏度和雷诺数的增大而增大;在相似的地形条件下,地表流速是影响潜流交换速率的主导因素,地表水深对潜流交换速率影响较弱;此外,分析表明,有效扩散系数与河床特征粒径之间具有2次方幂率函数关系,且与河床渗透系数成正比;交换深度d正比于雷诺数Re的1/2次方. 相似文献
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河道潜流带是河水与地下水交互作用的关键过渡区,具有高度的动态性和敏感性,频繁的水力交换易引发其内部的生物地球化学反应,并对河流生态安全产生重要影响。为提高河道潜流交换水动力监测结果的真实性和有效性,介绍渗流、水压、溶质、温度等监测方法及其适用性,归纳河床和河岸的监测点布设参数和不同监测手段的数据采集频率,系统总结河段、河床及河岸的潜流交换理论与计算方法,探讨导致潜流监测结果不确定的因素。针对现有监测方法的不足和未来研究的发展方向,提出今后需加强多方法联合监测和多技术集成的应用,开展河岸侧向潜流监测及不确定性分析等工作,为潜流带水文-生物地球化学过程耦合机制研究提供可靠数据。 相似文献
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为了研究矿井水地下回灌过程中主要污染组分迁移转化规律,以神府矿区浅埋煤层为对象,开展了矿井水地下回灌实验,结果表明:研究区矿井水中超标的项目有TDS、CODcr、Cl、F、总大肠菌群、大肠埃希氏菌以及肉眼可见物,SO_4、NH_4、NO_3等指标的浓度也较高。回灌出水中含盐量在前期逐渐增大,后期基本稳定;氧化还原反应使TOC浓度减少超过50%,其中大分子有机物在包气带环境中被优先去除。回灌过程中NH_4的去除主要发生在包气带,主要发生氧化反应,去除率可达73.1%;NO_3去除主要发生在饱和带,平均去除率为85.7%,主要发生了还原反应。 相似文献
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为了揭示河床沉积物非均质性对潜流交换的影响,构建了沙波地形作用下的地表水-地下水耦合模型,通过生成不同的渗透系数随机场,讨论了不同地表水动力过程和河床沉积物非均质性对潜流交换通量、交换空间及平均停留时间的影响规律。结果表明,所构建的地表水-地下水耦合模型能够准确刻画水沙界面附近流场,模型具有良好的适用性;均质或非均质河床沉积物情景下,水沙界面上的平均交换通量、停留时间与雷诺数之间均呈现幂函数关系,潜流交换深度则在地表水进入完全紊流之后趋于稳定。结果还表明,较强的河床沉积物非均质性能够有效增强水沙界面上潜流交换通量和空间交换频率,但会制约潜流交换空间并缩短水流在潜流带中的停留时间。 相似文献
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《地球化学》2020,(3)
细颗粒物(PM_(2.5))对气候、空气质量和人体健康具有显著影响,水溶性无机离子是PM_(2.5)主要成分。在2018-01-24至2018-02-20期间,宁波地区经历了一系列低温和PM_(2.5)浓度较高的天气过程,利用在线离子色谱(MARGA)和颗粒物化学组分监测仪(ACSM)监测宁波气溶胶的无机离子,研究了PM_(2.5)和亚微米细颗粒物(PM_(1.0))中硫酸根(SO_4~(2-))、硝酸根(NO_3~-)和铵根(NH_4~+)(三者统称为SNA)的变化特征。结果表明,SNA的质量浓度均与PM_(2.5)有明显正相关;随PM_(2.5)质量浓度的增加,SO_4~(2-)当量浓度(摩尔浓度×所带电荷数)百分比呈现减少趋势,而NO_3~-百分比呈现增加趋势;NH_4~+百分比未呈现明显变化趋势;NH_4~+主要分布在1.0μm以下粒径的颗粒物中,SO_4~(2-)主要分布在1.0～2.5μm的粒径的颗粒物中;PM_(2.5)中NH_4~+当量浓度百分比低于PM_(1.0)。0～1.0μm粒径段的颗粒物中NH_4~+可以完全中和SO_4~(2-)和NO_3~-,形成硫酸铵和硝酸铵,还可形成其他形态的铵盐;1.0～2.5μm粒径段的颗粒物中NH_4~+不能完全中和SO_4~(2-)及NO_3~-,NH_4~+当量浓度低于SO_4~(2-)和NO_3~-两者当量浓度之和,SNA主要以硝酸铵和硫酸铵形式存在,还存在其他形态的硝酸盐或硫酸盐。本次工作通过对PM_(2.5)和PM_(1.0)中SNA存在形式及其在不同粒径中主导成分的研究,为宁波市大气污染特征的了解提供科学依据。 相似文献
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利用TH-150中流量颗粒物采样器,在2012年12月至2013年3月采集了宜昌市PM_(10)样品,测试了水溶性无机离子和硫酸盐硫同位素组成。研究显示,宜昌市PM_(10)主要的水溶性无机离子有SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+、Na~+、Ca~(2+),二次离子(SO_4~(2-)+NO_3~-+NH_4~+)的含量与总水溶性无机离子质量浓度比值超过70%,说明宜昌市大气二次污染严重;无机离子冬季以(NH_4)_2SO_4、NH_4NO_3、Ca SO4和Na_2SO_4为主,春季则以NH_4NO_3、Ca SO4、Na_2SO_4为主。冬季白天PM_(10)中硫酸盐δ~(34)S值为2.8‰~4.7‰,夜间为2.9‰~4.8‰;春季白天为1.5‰~4.7‰,夜间为1.7‰~4.0‰,昼夜变化不明显,春季比冬季偏负。研究结果表明,宜昌市PM_(10)的来源主要有燃煤、机动车尾气、道路二次扬尘,春季还受农业活动和生物源释放影响。 相似文献
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超深层孔隙型地下热水回灌难的问题已成为制约关中盆地地下热水可持续开发利用的瓶颈.本文以超深层孔隙型地热流体为载体,以热储原水-回灌尾水-热储介质-堵塞垢物之间水岩作用下矿物组分溶解沉淀规律为基础,以咸阳回灌1号井为例,应用室内堵塞实验模拟及水文地球化学模拟耦合方法,展开超深层孔隙型地热尾水回灌堵塞机理研究.结果表明:造成堵塞的主要因素有物理、化学、气体、微生物等,其中物理堵塞形式主要为颗粒运移和悬浮物堵塞,颗粒运移受回灌流速和储层物性影响明显,温度、压力是悬浮物堵塞的主控因素,而粘土膨胀影响甚微;化学堵塞程度随温度升高而加剧,主要化学沉淀为碳酸盐垢,且在回灌初期-中期达到沉淀量最大值;气体堵塞在回灌初期影响较大,之后随温度升高而减小;微生物堵塞的主要细菌类型为腐生菌,其堵塞程度与环境开放程度有关. 相似文献
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通过室内压力陶土板系统测定土壤含水率与基质势的关系与Star-1土壤水分物理特征测定系统确定非饱和土壤水力传导度的方法,结合应用van Genuchten公式模拟,分析了位于腾格里沙漠东南缘包兰铁路沙坡头段人工生态防护体系生物土壤结皮的水文物理特征,确定了其水分特征曲线、非饱和土壤水力传导度、非饱和弥散系数,并与原始沙丘沙进行比较。结果表明,生物土壤结皮的持水能力是沙丘沙的3~9倍。当土壤基质势在-1~-3 000 cm的较高范围变化时,生物土壤结皮平均非饱和水力传导度低于沙丘沙(约为12%);而当土壤基质势在-3 000~-15 000 cm的较低范围变化时,沙丘沙的平均非饱和水力传导度又大大低于生物土壤结皮(约为91.0%)。正是由于生物土壤结皮特殊的质地与结构,使其非饱和水力传导度随着土壤基质势的降低,以及土壤含水量的减少,而趋于增大。与原始沙丘沙比较,生物土壤结皮独特的水文物理特点决定了它对荒漠地区土壤微生境的改善与促进作用,特别是通常情况下的高持水能力与低土壤基质势条件下的较高非饱和水力传导度,能够提高浅层土壤水分的有效性,有利于人工生态防护体系主要组分浅根系灌木、草本植物与小型土壤动物的生存繁衍。 相似文献
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海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
海洋中氮的生物地球化学循环影响着海洋生态系统的结构和功能,并和全球气候变化有着密切的联系,一直是海洋科学研究的重点和热点。海水硝酸盐的15N/14N和18O/16O比值可以反映海洋中氮循环的主要过程,因而成为研究海洋氮循环的一个重要手段。综述海水硝酸盐氮、氧同位素组成的测定方法,同化吸收作用、硝化作用、反硝化作用、生物固氮作用等氮循环过程所导致的氮、氧同位素分馏及其在海洋学研究中的应用。海洋生态系中硝酸盐氮、氧同位素的分布可以提供支持生物生产力的氮来源信息,以及氮在不同储库迁移转化的路径与机制。未来的研究需要发展适用于低含量硝酸盐的同位素测量方法,构筑海洋氮的收支平衡,掌握影响上层海洋硝酸盐氮、氧同位素变化的过程,获取全球海域有关硝酸盐氮、氧同位素组成的更多数据。 相似文献
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水体中三氮转化规律及影响因素研究 总被引：6，自引：0，他引：6
以城市污染水体为对象,研究了水体中氨氮（NH3-N）、亚硝酸盐氮（NO3^--N）、硝酸盐氮（NO3^-N）的转化及去除规律。结果表明,温度对水体中三氮（氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）的去除具有重要的影响,在夏季实验中三氮的转化及去除速率明显高于冬季;而在温度相似的情况下,光照则成为影响三氮转化去除速率的决定因素,还发现,在黑暗条件下,水体中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮出现明显的累积现象,而在光照情况下则没有。由此推断,在光照条件下藻类生物的同化作用在三氮转化和去除中起了主要作用,藻类生物同化导致的三氮转化和去除速率明显高于硝化-反硝化过程。 相似文献
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为准确探究聊城市城郊浅层地下水硝酸盐污染来源,通过分析聊城市城郊区域25个监测点地下水硝酸盐含量,运用氮、氧双同位素追溯地下水硝酸盐污染来源,运用物质平衡混合模型计算各种源的贡献率。结果表明:(1)聊城市城郊的地下水硝酸盐含量介于3.96～38.88mg/L,52%的监测点硝酸盐浓度超过《生活饮用水卫生标准》中Ⅲ类水20mg/L的上限值;(2)聊城市城郊地下水中δ~(15)N-NO_3~-介于-11.3‰～3.9‰之间,δ~(18)O值介于-5.2‰～25.8‰之间,表明地下水硝酸盐污染与农业施肥密切相关,其主要来源为化肥中的NH_4~+和NO_3~-,其次为土壤中N的矿化作用;(3)通过物质平衡混合模型计算,化肥中的NH_4~+对硝酸盐污染的贡献率为82%,化肥中的NO_3~-贡献率为12%,土壤中N矿化作用贡献率为5%;(4)建议加强区域的的化肥施用管理和市政自来水管道建设,区域居民选择饮用市政供水。 相似文献
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多层渗滤介质处理微污染水体的中试研究 总被引：3，自引：0，他引：3
对传统的渗滤系统进行改进,采用多层渗滤介质系统,以期增大人工土层对颗粒有机物的接触氧化表面积,同时设置曝气装置保证好氧过程的氧气供应,可以大大提高污水地下处理系统的水力负荷。以北京典型的细砂、中砂、粗砂和砾石为填充材料,处理北京市海淀区上庄水库的污染水体,远优于类似的系统。现场试验结果表明,改进后的系统能创造良好的好氧/厌氧环境,对污染物去除效果良好,CODCr、TN、NH+4-N和TP去除率分别达到了48.57%~94.87%、18.49%~70.21%、20.51%~87.50%和5692%~80.65%,出水达到了地表水Ⅲ-Ⅳ类水质标准。多层渗滤介质系统通过微生物的硝化、反硝化作用实现生物脱氮是去除氮的主要途径;土壤的吸附与沉淀作用是去除磷的主要途径。
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卫河是海河流域污染最严重的河流之一,该河如何影响附近浅层地下水的水质是长期受到重视但缺乏定量研究的关键问题。为探讨这一问题,利用Hydrus 2d模型模拟河流非饱和带氮素的迁移转化,以GMS软件中的RT3D模块模拟氮素在饱和含水层中的运移,将包气带底部淋滤出的污染物浓度定为饱和带溶质运移模型的上边界条件,首次实现了河流非饱和带饱和含水层氮素运移的联合模拟,得到河流线状污染源对浅层地下水的影响程度及范围。研究结果表明：由于吸附作用、硝化反硝化作用的存在,从河流上游到下游,包气带厚度加大,运移至含水层中的NH4-N、NO2-N浓度呈下降趋势,而NO3-N浓度则呈上升趋势。随着入渗时间的增长,进入饱和含水层中的NH4-N、NO2-N、NO3-N的浓度逐渐升高并最终保持稳定。污染的河流对浅层地下水的影响呈带状分布,污染物随入渗水流在包气带中垂直入渗;在饱和含水层中以水平运移为主,污染羽偏向地下水流动的方向,其影响距离不超过500 m。 相似文献