再生水补给地下水过程中水文地球化学作用的模拟研究

发布时间：2019-11-22 14:28

【摘要】：再生水回灌补给地下水时,发生的水文地球化学作用会引起水质的变化,也会引起回灌设施或回灌地层的堵塞问题,从而会产生一定的风险。本文以北京市平原区再生水回灌为例,通过水文地球化学模拟,研究了再生水回灌过程中常规水质指标变化、典型碳酸盐岩的溶解与沉淀特征和重金属组分形式变化,分析了环境条件变化对主要水文地球化学作用的影响。主要研究成果如下:再生水通过包气带进入含水层过程中,下渗水的常规水质指标受矿物溶解和阳离子交换作用的影响。包气带介质中的Ca2+、Mg2+与再生水中的Na+发生交换作用。进入含水层时,水中常规水质指标受物理混合、混合水-岩作用和环境条件变化的影响。物理混合中,潮白河再生水与地下水混合比例在9:1到7:3之间,阴离子类型发生变化,混合比例在5:5到1:9之间,阳离子类型发生变化。混合水岩作用和环境变化对水化学类型影响较大,CO2分压从10-1到10-4巴,地下水水化学类型转变过程为HCO3-Na→HCO3·Cl-Na→Cl·SO4-Na或Cl-Na;温度由25℃下降到5℃,地下水水化学类由HCO3-Na逐渐变为HCO3-Na·Mg。碳酸盐岩的溶解与沉淀是影响常规水质指标变化的重要作用。实验结果表明,同离子效应会抑制白云石的溶解过程,反应在3d左右达到溶解平衡。PHREEQC模拟结果显示,再生水与地下水的混合比例及矿物成分影响碳酸盐岩的溶解与沉淀作用。当矿物以方解石或白云石为主时,随着再生水比例的减少,沉淀量逐渐增加;二种矿物共存状态下,两者的溶解与沉淀作用相互影响,且与混合比例有关。在近似封闭系统的堵塞层附近,热力学计算结果与潮白河底泥中方解石沉淀的实际资料相一致。模拟结果显示,再生水中As、Cd、Cu、Pb主要以HAs O42-、Cd2+、Cu(OH)2、Pb CO3的形式存在,Fe、Mn、Cr、Zn主要以两种或多种组分形式存在,组分形式多为氢氧化物或碳酸盐的配合物。Fe、Mn和Zn的组分形式受温度影响较大。p H从4到10,重金属的组分形式不仅在组成比例上发生了变化,而且存在形式也发生了改变。Fe、As、Cr、Cu的组分形式受p E影响较大。温度变化对重金属矿物的溶解与沉淀影响较小;p H和p E变化对铁锰矿物的溶解与沉淀影响较大。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P641.3

【参考文献】