攪拌換水法在水源庫區(qū)脫鹽中的原位中試研究
——以徐圩新區(qū)應急備用水源為例

2020-07-20 08:31:04梅生成

山東化工 2020年12期

梅生成

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200335)

徐圩新區(qū)應急備用水源工程地理位置臨近黃海海岸，成陸時間較短，受海潮和海水型地下水的雙重影響，該區(qū)域土質(zhì)鹽分高，其中尤其是氯離子含量高[1-2]。前期地勘資料顯示，工程所在位置庫底深度土層土壤含鹽量大于1.5%，為鹽化土壤，高鹽土壤鹽分釋放將導致徐圩新區(qū)應急備用水源水體氯離子濃度超標，引起飲用水口感偏咸，并影響市政供水管網(wǎng)的穩(wěn)定，也增加了大部分企業(yè)工業(yè)用水的前處理成本[3]。

同時，土壤高鹽與水環(huán)境高鹽是本工程生態(tài)凈化系統(tǒng)構建的最重要限制因素[4-5]。地勘結果表明，工程區(qū)域地下水水位、庫區(qū)設計開挖深度的土層及地下水鹽度含量較高，Cl-濃度達到1500～4500 mg/L左右。高鹽生環(huán)境會抑制水生植物的光合作用，還會對水生生物造成影響，從而對生態(tài)凈化工藝中水生動、植物的群落構建造成較大的脅迫[6-9]。

關于濱海灘涂鹽土修復，目前國內(nèi)外已有較多的研究，并提出了物理、化學和生物改良等修復措施[10-11]。但這些研究均是基于灘涂鹽土耕作種植的改良目標需求，以耕作層土壤改良和提高農(nóng)作物耐鹽性為主要研究對象，而對于濱海高鹽地區(qū)湖庫底部高鹽土壤本底生境修復，特別是以濱海鹽堿地湖庫水體淡化為關注點的研究尚不多見。

因此，在資料查閱、現(xiàn)場小試的基礎上，進行原位中試示范工程，深入分析土壤脫鹽的關鍵控制參數(shù)，提出本試驗方案，指導徐圩新區(qū)應急備用水源地庫區(qū)建設過程中及建成后的脫鹽工作，同時也為區(qū)域內(nèi)其它湖庫的脫鹽提供技術支撐。

1 研究方法

1.1 試驗布置

在室內(nèi)模擬試驗獲取的脫鹽關鍵參數(shù)基礎上，通過控制變量等試驗方法，進行野外原位的小規(guī)模小試及大規(guī)模中試研究，進一步驗證試驗結果參數(shù)，為徐圩庫區(qū)脫鹽提供更加科學可靠的數(shù)據(jù)支撐。

原位中試池平面布置在徐圩庫區(qū)工程平面布置的基礎上，按照1∶25的比例進行縮放，確定單個示范試驗池的面積大致在3.5畝左右，示范工程試驗池的形狀、進出水口位置均與庫區(qū)相同，且?guī)斓淄ㄟ^土壤換填，平鋪50cm徐圩庫區(qū)庫底原位土層，增加示范工程中試試驗研究的可參考性，原位中試試驗池設計斷面見圖1。

1.2 試驗方法

通過現(xiàn)場取樣的方式，監(jiān)測分析各點位水質(zhì)和底泥理化性質(zhì)指標，同時觀察記錄周邊水生植物和水生動物等生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。底泥樣品的分析指標包括土壤全鹽量、Cl-、土壤電導率、pH值、含水率、粒度共六項指標。水質(zhì)的分析指標包括水溫、CODMn、氮磷指標、全鹽量、Cl、pH值共9項指標，底泥及水體監(jiān)測方法見表1。

圖1 原位中試試驗池設計斷面圖

表1 底泥及水體監(jiān)測方法

2 結果與討論

2.1 換水脫鹽量變化分析

原位中試庫底換填厚度50cm含鹽量2%左右的庫底原位土，采用手扶式拖拉機進行旋耕，翻耕深度15cm，脫鹽水深30cm。原位中試池面積大約3.5畝，共進行10輪攪拌換水脫鹽，總用水量 6174m3。

在原位中試旋耕攪拌脫鹽中，原水的氯離子濃度較高，達到2200mg/L以上，脫鹽初期的前5輪攪拌換水，氯離子濃度快速下降，隨后土壤鹽分釋放緩慢，水體氯離子濃度和旋耕脫鹽次數(shù)呈冪指數(shù)關系，。至完成10輪攪拌換水脫鹽后，上覆水氯離子濃度低于250mg/L標準限值，基本完成原位中試池土壤脫鹽，完成脫鹽的單位面積用水量3.36t/m2。

計算每次攪拌換水外排的脫鹽量，其變化趨勢與上覆水氯離子濃度變化情況一致，初期前5輪脫鹽排水的脫鹽量較大，當土壤鹽分降低到一定程度后，每次換水的脫鹽量均相對較小，原位中試歷次換水脫鹽量見圖2。

圖2 原位中試歷次換水脫鹽量

2.2 土壤鹽度變化分析

通過多點取樣監(jiān)測原位中試脫鹽的土壤鹽度變化趨勢，監(jiān)測結果顯示，攪拌換水脫鹽前，原位中試池底換填的庫底土壤鹽分在2.0%左右，與庫底表層土壤鹽度的監(jiān)測值保持一致，其中表層10cm土壤鹽度1.95%，10～20cm土壤鹽度1.99%，20～30cm土層鹽度2.06%；脫鹽后，表層0～20cm土層的鹽度降低顯著，其中表層10cm土層的鹽度降低至0.43%，10～20cm土壤鹽度降低至0.64%，受攪拌設備的旋耕深度限制，20～30cm土層的鹽度降低量較小，脫鹽后的土壤鹽度平均值在1.13%左右。

從不同取樣位置土壤鹽度的變化情況(表2)可以看出，在完成10輪的攪拌換水脫鹽后，東側Z1取樣點土壤鹽度在各取樣點中，自表層10cm至30cm不同深度土層的鹽度均達到最低，表層0～10cm土壤鹽度僅 0.27%，而該取樣點位于攪拌脫鹽換水的進水口，進水期間低鹽度的原水沖刷是該點位土壤脫鹽徹底的主要原因；而距離進水口最遠的Z3取樣點，脫鹽后的土壤鹽度相較其他幾個取樣點最高。因此，庫區(qū)脫鹽工程實施過程中，要綜合考慮進出水位置[12]。

表2 原位中試脫鹽前后土壤鹽度變化

表2(續(xù))

2.3 蓄水期水體Cl-濃度變化分析

原位中試經(jīng)10輪攪拌換水脫鹽后，自10月28日起蓄高水位至深度為1.0m，模擬庫區(qū)脫鹽完成后蓄水期階段水體中的氯離子含量變化情況。在經(jīng)持續(xù)30天的跟蹤監(jiān)測后，原位中試脫鹽后蓄水期水體氯離子濃度變化情況見圖5。

持續(xù)跟蹤監(jiān)測結果顯示，在蓄水水深1.0m的條件下，善后河原水在脫鹽覆蓋后的原位中試池內(nèi)停留30天左右的時間里，水體氯離子含量從184 mg/L升高至220 mg/L，未超過飲用水標準限值的250 mg/L，除進水蓄水時氯離子含量自初始的184 mg/L快速上升至202 mg/L后，氯離子含量上升緩慢，水質(zhì)維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)(見圖3)。