改性粘土矿物去除硝酸根离子的试验研究

【摘要】：地下水是地质环境的重要组成部分,是我国北方地区主要的饮用水源。随着我国城市化、工业化进程加快,地下水环境质量恶化,环境污染问题日益突出,处理地下水中硝酸根离子污染问题已经迫在眉睫。目前,我国处理地下水污染尤其是硝酸根离子污染主要的方式包括PRB技术、抽取-处理方法等,这些处理方法在一定程度上缓解了硝酸根离子的污染,在某些特定的区域具有较好的应用。但是,随着我国地下水污染加重,这些方法已经无法承担如此繁重的处理任务,经济方面亦不可行。粘土矿物在地质环境中是广泛存在的,几乎所有的粘土矿物含有结构铁,并且其结构铁可以通过自然环境微生物或者化学还原剂还原为结构二价亚铁,此结构二价亚铁又可氧化为结构三价铁。在结构铁的氧化还原过程中,粘土矿物的结构不会改变,结构铁的空间位置也不会改变,因此可以作为可再生资源加以利用。本文通过对这种潜在的可再生资源进行系列合适的处理措施,探讨了其在处理地下水硝酸根离子方面所具有的潜能。 土壤中的无机矿化氮可以通过淋洗进入地下水,造成地下水硝酸根离子污染。本文利用加速扩散法测定土壤中的无机矿化氮,对比了KCl提取法与CaCl2淋洗法在测定矿化氮时的效率,发现KCl提取法要明显优于CaCl2淋洗法,为更加准确地测定土壤无机矿化氮提供了依据,为后续研究提供了技术基础。本文详细介绍了粘土矿物结构三价铁的还原方法,结构三价铁在还原后其结构二价亚铁十分容易发生再氧化,如何保持还原态结构二价亚铁的含量,成为研究难题,本文采用CALE洗涤系统可以在无氧环境下洗涤还原态粘土矿物,洗涤过程中,结构二价亚铁不会发生再氧化,同时还讨论了利用带有手套的气密箱可以很好的在较长时间内保存还原态粘土矿物,为试验研究提供了统一的试验初始条件,为长期研究提供了基础。天然氧化态粘土矿物和还原态粘土矿物与水体硝酸根离子几乎没有任何反应,本文研究发现天然粘土矿物与硝酸根离子之间存在的库伦斥力是阻碍结构铁还原硝酸根离子的一大障碍,本文利用聚合阳离子交换粘土矿物层间阳离子所得到的改性粘土矿物可以克服库伦斥力,对地下水中硝酸根离子具有很强的吸附效用,同时还可以降解硝酸根离子至具有较小危害的硝族产物,如氮气。利用改性后的粘土矿物去除硝酸根离子,为我国地下水污染尤其是硝酸根离子污染的处理技术提供了新的研究方向。同时还讨论了在自然环境中,微生物还原粘土矿物结构铁的现象是普遍存在的,对其反应机理进行了探讨,并对反应条件进行了归纳研究,明确了利用还原态粘土矿物还原降解硝酸根离子在实际环境中发生的可能性。最后,对本文进行了归纳总结,以及为以后的研究方向与研究要点进行了展望。