fes2反硝化,地下水中的氧化还原反应

地下水中的氧化还原反应

（一）地下水中主要的氧化还原元素

地下水中许多反应涉及气相、液相及区相间的电子转换，导致反应物和生成物的氧化态变化。氧化态有时也称为氧化数。地下水中存在多种具有一种以上氧化态的元素，这些元素对氧化还原反应非常敏感，因此被一些学者称为氧化还原元素。这些元素在地下水中氧化还原环境的变化下，反应也会发生变化。

此外，地下水中还有一些多氧化态的元素，例如铀（U）、硒（Se）、汞（Hg）等。

（二）控制地下水系统氧化还原状态的因素

地下水系统的氧化还原状态主要依赖于系统中循环进入的氧量，以及通过细菌分解有机物所消耗的氧量，或氧化低价金属（如硫化物、含铁的硅酸盐和碳酸盐）所消耗的氧量。如果进入系统的氧量大于或等于消耗的氧量，那么系统将处于氧化或好氧状态；反之，则处于还原或厌氧状态。

通常，通过测量水中的Eh值来判别地下水的氧化还原状态。当pH=7时，天然水与大气接触后，Eh值一般在0.35—0.5V之间，表明水处于强氧化状态；而当Eh值为负值时，称该水处于还原状态，Eh值负值越大，其还原性越强，环境则为强还原状态。然而，目前尚未有明确的Eh值临界值被学者提出。

在水文地球化学研究中，分析并判别地下水的氧化还原状态需要借助某些影响因素，这些因素包括：有机物及其它还原剂的含量、地下水循环途径等。地下水的Eh值受多种因素影响，通常具有动态变化特征。

（三）消耗氧的氧化还原反应

氧是强氧化剂，可以使许多物质氧化，消耗氧的氧化还原反应主要发生在地下水上方的包气带。结果是部分成分增加，例如氢离子（H+）的浓度升高，同时产生沉淀（如Fe（OH）3、MnO2等），导致相应成分的浓度降。反应的具体表现可见于相关表格中。

（四）消耗有机物的氧化还原反应

水在流动过程中，溶解氧被有机物消耗的反应使得水变成厌氧状态，进而生成还原性较强的环境。如果系统中存在氧化剂，氧化还原反应仍会继续进行，具体反应条件在随后的表格中列举。

（五）微生物催化作用

微生物在地下水系统中的氧化还原过程中起着催化作用。不同类型的细菌（好氧菌、厌氧菌、兼性菌）依赖于氧气或有机物的存在而生存，其对促进反应速率具有显著影响。研究表明，细菌的密度受营养物的供应及有害代谢产物清除速度等因素的影响。

回灌堵塞类型

储层类型的不同会导致不同的堵塞原因。以华北平原沉积盆地型地热田为例，地热回灌中的堵塞现象较为复杂，尤其是在孔隙型热储层中，其孔喉特征和流体流动行为会更容易产生堵塞。实际上，调查数据显示，约80%的回灌井会出现堵塞，悬浮物是造成堵塞的主要原因之一。

表7-1 回灌堵塞原因统计表

1. 悬浮物堵塞：回灌流体中的悬浮固体颗粒常常引起回灌系统的堵塞。悬浮物的沉积与粒子的成分大小、流体动力以及储层的孔隙参数等因素有关。

研究显示，一些地热井的回灌流体中就含有较多的悬浮物。在天津地区的回灌实践中，经过过滤后可发现多个样品中都有滤出物，具体成分可见后文表格。

2. 微生物作用：存在于回灌流体及地表的微生物在适宜条件下会迅速繁殖，形成生物膜，堵塞介质孔隙，导致涌水能力下降。

3. 化学沉淀堵塞：回灌流体的化学性质变化会影响回灌效果，化学组分的不兼容可能导致沉淀和堵塞。常见的沉淀物质包括矿物和金属化合物。

4. 气体阻塞：地热流体中的溶解性气体因温度和压力变化而释放，也可能引起气堵。

5. 黏粒膨胀和扩散：注入流体中的离子与储层中黏土颗粒的阳离子发生交换，导致黏粒膨胀和扩散，形成堵塞。

6. 含水层细颗粒重组：回灌井兼作抽水井时，反复抽灌可能导致存在的细颗粒介质重组，形成堵塞。