多控制包气带氮迁移转化和灵敏度分析.pdfVIP

多控制包气带氮迁移转化及灵敏度分析 裴元生1，田朝晖2，栾兆坤‘，朱琨2 (1，中国科学院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室，北京100085 2，兰州铁道学院环境科学与工程学院甘肃兰州730070) 前言： 氮在土壤介质中的迁移转化已被广泛研究，但是，有关氮迁移过程的多控制研究报道还 很少。土壤含水层处理(SAT)利用土壤自然过程净化污水，是自然处理技术的进一步发展。 在SAT规划中，模拟包气带氮迁移过程是相对复杂的，本模型结合对流弥散过程考虑氮的矿 化、固化、吸附、硝化和反硝化作用，探讨多因素控制的包气带氮迁移转化过程，其中碳源、 的SAT工程，还对氮迁移过程的控制因素进行了讨论。 有机碳的分解由土壤温度和含水率响应函数来调节，总氮的固化和矿化主要由碳氮比来 控制，通过假定一个总矿物氮常数分数可以判断固化作用的衰减，氨氮和硝氮均被考虑为可 固化氮形式，其中优先考虑有效氨氮的固化。 土壤颗粒对氨氮离子具有强烈的吸附作用，对氮传质过程而言，吸附是非常重要的，模 型中假定吸附过程始终处于动态平衡状态，与水流速率相比反应足够快，由于氨氮浓度有限， 从而吸附过程对水流运动的影响被忽略。考虑到氨氮在吸附相中的消耗和产出与其在溶解相 中一样容易，因此溶质的迟滞作用对反应过程的影响被忽略(Cho，1971)。尽管硝氮的吸附 作用并不常见，模型中也作了考虑。 硝化和反硝化生物过程取决于好氧硝化菌和厌氧反硝化菌，硝化过程的产物是硝酸根离 子，其对人体健康有危害，因此，需阻止其进入地下水系统。针对硝化作用，假定一个硝氨 比，当其小于某一临界值时硝化作用发生；当其大于该临界值时需要通过矿化过程补充氨氮。 水溶液中氨氮和硝氮的运动与淋滤过程水流速率密切相关，氨氮考虑为原始的输入或矿化作 用的产物，硝氮的传质考虑作水运动过程的产物，反硝化速率通过半饱和常数来修订，半饱 和常数定义为硝化速率的50％。氧浓度和温度对硝化和反硝化均有影响，因此伴随水分运移， 1 et a1．，1977)。 硝化和反硝化是动态变化的过程。温度响应则通过QIO关系来描述(Bunnel 研究方法： 截学秀毽型考虑氨氮和硝氮的氮迁移转化模型能够被写作： n’ +pbko L了 ．鲁一正(口 №气一鱼| 掣：引观誓|+引魍坠D 叫 u‘L 似J％L ¨,-Ja(‰qCO-pbka叫 oIC,’～J l皑’ 其中0和0分别为氨氮和硝氮浓度，口和取分别为水平和垂直弥散系数，岛，和乜分别为氨 氮和硝氮的分布系数，q为达西流速，皿为土壤体积密度， ‘为硝化系数，局为潜在的反硝 化系数。B伍∥为土壤温度响应函数，B“圳为土壤水分响应函数，％伍∥为土壤水通 风函数，三个函数的定义参见Johnsson(1987)。 另外，模型中总氮的输入为非动态过程，因此净矿化速率描述为： ‰㈦加[鬻一杈∽“ 。’ 其中^l伍圳为过滤塘内总氮浓度，^l一。+伍圳为从总氮到氨氮的净矿化量，￡为合成功效 常数，L为产物系数，G伍∥为总有机碳浓度，G。“∥为有机碳分解为无机碳的浓度。 宵机碳的分解对氮的矿化起控制作用： 285 其中：岛是特殊速率常数。 士崔荬疆：室内土柱实验按照现场具体情况设置，为激活硝化菌，在实验开始前将室内 培养的菌液从土柱上部注入，碳源和碱度通过投加了适量的葡萄糖和NaHCO：，溶液实现。 现场耐疆：在SAT试验现场，有一个建造多年的废水塘，污水