Water Res. |海水入侵后含水层补给情景下沿海含水层中砷的迁移和转化 2023-01-09

2022年11月，曹心德教授课题组的研究成果“Transport and Transformation of Arsenic in Coastal Aquifer at the Scenario of Seawater Intrusion followed by Managed Aquifer Recharge”发表于环境领域期刊“Water Research”。

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沿海地区含水层中污染物的释放越来越受到关注，但由于复杂的地下水动力学和水化学，目前仍不清楚。具体而言，频繁发生的海水入侵和随后的含水层补给（MAR）工程措施可能会改变地下水状况，这可能会影响污染物的命运和行为。在这项工作中，我们研究了在海水入侵的情景下，在基于注射的MAR过程之后，砷（As）在沿海含水层中的迁移和转化。结果表明，海水入侵导致含水层中As的释放增加了10.3%，这归因于阴离子浓度和pH升高导致的竞争性解吸，以及由于氧化还原电位降低和As还原细菌富集导致As(V)还原为As(III)。此外，海水入侵抑制了铁（氢）氧化物的再结晶，反而促进了其转化为对As亲和力较低的硫化铁。随后的MAR将含氧补给水引入含水层，并增加了含水层的氧化还原电位，导致硫化铁溶解，随后形成无定形铁（氢）氧化物。然而，在MAR过程中，在pH升高的情况下，大量HCO₃^-引起的As的竞争性解吸导致含水层As持续增加。基于实验数据构建的用于描述As迁移的数值模型表明，As沿着海水和淡水之间的界面迁移，MAR增强了As的释放并扩大了As的扩散范围。我们的研究结果表明，海水入侵和随后的MAR都可能导致As的释放、迁移和转化，这为理解沿海含水层中As的地球化学过程提供了新的见解。

Figure 1. Measured Eh, EC, and pH in upper uncontaminated aquifer (a, b, c), As-contaminated aquifer (d, e, f), and lower uncontaminated aquifer (g, h, i). The white background represents the seawater intrusion phase, and the grey background represents the aquifer recharge phase following the seawater intrusion phase.

Figure2. Aqueous concentration of total As, As(V), and As(III) in upper uncontaminated aquifer (a, b, c), As-contaminated aquifer (d, e, f), and lower uncontaminated aquifer (g, h, i). The white background represents the seawater intrusion phase, and the grey background represents the aquifer recharge phase following the seawater intrusion phase.

Figure3. HR-TEM image and STEM-EDS elemental mapping of sediment sample A-2 in the area affected first by seawater and then by recharge water, sampled at the end of experiment (day 40).