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去除地下水中硝酸盐的混合碳源研究

沈志红  
【摘要】:近年来,由于农业生产中氮肥的大量施用、生活污水和工业废水的任意排放,地下水硝酸盐的污染日益严重,硝酸盐污染的治理已引起人们的重视。目前,去除硝酸盐污染的方法主要有物理去除、化学还原、生物反硝化等,生物反硝化的反应产物为对环境无污染的氮气,且反应需要的碳源物质廉价易得,因此,生物反硝化成为去除硝酸盐污染的研究热点。研究表明,乙醇、乙酸等液体碳源和锯末、麦秸等固态碳源都能够作为反硝化的碳源物质,但这两种碳源在反应过程中都存在一些不足,选择合适的反硝化碳源成为生物反硝化的研究重点。 本研究通过比较麦秸、锯末、乙醇单独作为碳源以及两两组合作为碳源的情况下,生物反硝化去除硝酸盐的效果,从中筛选出锯末+乙醇作为混合碳源具有较好的脱硝效果;并研究了影响混合碳源反硝化的因素和混合碳源在模拟的可渗透反应墙中去除硝酸盐的效果,得到以下结论: (1)麦秸、锯末、乙醇、麦秸+锯末、麦秸+乙醇、锯末+乙醇作为碳源去除硝酸盐的试验表明,麦秸单独作为碳源的反应体系具有较好的硝酸盐去除效果,麦秸+锯末、麦秸+乙醇的混合碳源体系的反硝化速率与麦秸单独为碳源的速率相似,因此,麦秸可以单独作为反硝化的碳源。此外,麦秸为碳源的反应体系出水有颜色和异味,对反应的出水需要进行后续处理以去除颜色和异味。 (2)以锯末+乙醇作为混合碳源的反应体系比单独添加锯末或乙醇的脱氮效果好,且锯末+乙醇混合碳源体系的亚硝酸盐积累量明显低于锯末或乙醇体系的积累量,因此,选择锯末+乙醇作为混合碳源进行去除硝酸盐的研究。在锯末+乙醇的混合碳源体系中,以碳氮比40作为锯末的最适添加量,乙醇以0.5 %(乙醇占总碳源量的百分比)为适宜的用量。 (3) pH值在7.0~10.0内变化时对锯末+乙醇的混合碳源体系去除硝酸盐的影响较小,但pH7时的反硝化速率明显高于pH7的速率。pH不但影响生物反硝化的速率,还会影响亚硝酸盐的积累,随pH值的增加,亚硝酸盐的积累量逐渐增多,因此,选择硝酸盐去除效果好且亚硝酸盐积累少的pH = 7.0~8.0为混合碳源反硝化的适宜pH值。 (4)锯末+乙醇为混合碳源体系的反硝化速率受温度的影响较大,温度为8.5、15℃时的反硝化速率显著低于25℃时的速率,温度为35℃时硝酸盐的去除效果最好,锯末+乙醇混合碳源体系适宜的反硝化温度为25~35℃。 (5)锯末+乙醇混合碳源的可渗透反应墙模拟试验表明反应柱中以砂子为填充材料时脱氮效果较好,出水清亮无色;而填充土壤的反应柱出水硝酸盐氮浓度较大,且出水颜色发黄。填充砂子时,砂子和锯末混合的添装方式有利于硝酸盐的去除,因此,柱试验中以砂子为填充材料且混合添装的方式具有较好的反硝化效果。 (6)锯末+乙醇为混合碳源的柱试验的出水硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度都较低,表现出较好的反硝化效果。反应过程中出水pH值先增加后减小,最终维持在7.0左右,符合我国生活饮用水卫生标准规定的范围(6.5~8.5)(GB/5749-2006)。 (7)反应初期出水的生化需氧量浓度比较大,随反应进行,生化需氧量值逐渐降低,最后达到稳定水平。造成出水生化需氧量偏高的原因较多,如反应柱中锯末用量的增多,添加的活性碳等。由于较大的出水生化需氧量会给水质带来二次污染,有必要做进一步的研究以降低出水的生化需氧量值。


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