水資源是人類(lèi)生存､發(fā)展不可或缺的重要部分，它關(guān)系著整個(gè)社會(huì)的發(fā)展與前進(jìn)。地球上的淡水資源僅占全球水量的4.9%，其中地下水占淡水資源的30%。而我國(guó)以地下水為主要飲用水源的人口占總?cè)丝诘?0%[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，大量的生活污水和工業(yè)廢水排放到水源中，使污染物濃度不斷上升，通過(guò)滲濾作用導(dǎo)致地下水中污染物濃度升高。在我國(guó)，地下水硝酸鹽污染已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，一些農(nóng)村地區(qū)甚至超過(guò)了130mgNO-3-N/L[2]。目前，我國(guó)大約有3500萬(wàn)人在飲用受到硝酸鹽污染的水，而且東北､西北､華北地區(qū)硝酸鹽的污染已經(jīng)十分嚴(yán)重[3]。飲用受到硝酸鹽污染的地下水，會(huì)對(duì)人體的健康造成很大危害，如高鐵血紅蛋白癥，癌癥[4]等。為確保居民飲用水安全，世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定了地下水飲用標(biāo)準(zhǔn)為10mgNO-3-N/L，我國(guó)規(guī)定飲用地下水源的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)為20mgNO-3-N/L(GB/T14848-93)。

　　目前，國(guó)內(nèi)外治理地下水硝酸鹽污染的技術(shù)主要有異位修復(fù)技術(shù)和原位修復(fù)技術(shù)[5，6]，由于原位修復(fù)技術(shù)具有處理費(fèi)用低廉，污染物暴露率低，環(huán)境擾動(dòng)性小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種很有前景的地下水污染修復(fù)技術(shù)，其中可滲透反應(yīng)墻技術(shù)(permeablereactivebarrier，PRB)[7]應(yīng)用最為廣泛。在PRB技術(shù)中，生物反硝化技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞[8]。但是地下水中的有機(jī)碳含量較低，不足以支持生物反硝化的進(jìn)行，所以需要在反硝化過(guò)程中投加外部碳源。目前，常用的碳源主要有液相碳源和固相碳源2種。液相碳源主要有乙醇､乙酸鈉､甲醇等[9-11]。但是，液相碳源具有不可控性，易造成二次污染，而且其后期的運(yùn)行和維護(hù)也比較困難。因此，近年來(lái)固相碳源反硝化技術(shù)漸進(jìn)入人們的視野，固相碳源既可作為生物反硝化的電子供體，也可作為微生物的載體，而且固相碳源可控性好，利于系統(tǒng)后期的穩(wěn)定運(yùn)行。固相碳源主要有棉花､紙､可生物降解的聚合物､玉米芯等[12-15]。由于我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量很高，而一部分農(nóng)業(yè)廢棄物可作為固相碳源使用，這樣既減少了對(duì)環(huán)境的危害，又可充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物的剩余價(jià)值。

　　本研究采用3%氫氧化鈉溶液和4%氨水預(yù)處理的玉米稈和玉米芯作為碳源，以未處理的玉米稈和玉米芯作為對(duì)照，分析其釋碳性能和在不同氮負(fù)荷下的脫氮效果，優(yōu)選出合適的碳源，進(jìn)行地下水原位凈化模擬實(shí)驗(yàn)，以期為生物反硝化工藝在原位修復(fù)工程的實(shí)際應(yīng)用中提供技術(shù)參考。

　　1 材料和方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　(1)碳源。本實(shí)驗(yàn)在天津薊縣農(nóng)村進(jìn)行，玉米稈和玉米芯均取自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶農(nóng)田，為當(dāng)年成熟植株，品種為華農(nóng)118號(hào)。玉米稈取用整株玉米稈的中間部位，玉米芯取用去除玉米粒后的整個(gè)玉米芯。玉米稈和玉米芯在使用前去除枯葉，莖稈剪成2~3cm長(zhǎng)的小段，分別用3%氫氧化鈉溶液和4%氨水浸泡24h，然后用流水沖洗干凈，使其不殘留NaOH和氨。本文中，未處理的玉米稈和玉米芯簡(jiǎn)稱(chēng)為玉米稈和玉米芯，用氫氧化鈉溶液預(yù)處理過(guò)的玉米稈和玉米芯簡(jiǎn)稱(chēng)為NaOH玉米稈和NaOH玉米芯，用氨水預(yù)處理過(guò)的玉米稈和玉米芯簡(jiǎn)稱(chēng)為氨水玉米稈和氨水玉米芯。

　　(2)實(shí)驗(yàn)用水。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)用水由KNO3､K2HPO4 和KH2PO4 配置而成，使N/P為6∶1，K2HPO4 和KH2PO4 作為pH緩沖劑，使pH保持在7.0左右，地下水原位凈化模擬實(shí)驗(yàn)用水抽取自天津薊縣的地下水。

　　(3)接種污泥。實(shí)驗(yàn)所用的接種污泥取自北京清河污水處理廠，然后對(duì)接種污泥進(jìn)行反硝化菌富集培養(yǎng)一個(gè)月，每3d換一次培養(yǎng)液。培養(yǎng)液主要成分為C6H12 O6 0.1562 g/L;KNO3 0.37 g/L;KH2PO40.044g/L;CH3OH320μL/L。污泥富集培養(yǎng)后，污泥濃度(MLSS)和污泥容積指數(shù)(SVI)分別為2817mg/L和102mL/g。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

　　靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)和反硝化實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)器均為500mL的錐形瓶，瓶口用橡膠塞密封，橡膠塞上打有排氣孔和取樣孔。

　　地下水原位凈化模擬實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。該模擬裝置由配水池､蠕動(dòng)泵､進(jìn)水槽､含水層介質(zhì)､PRB反應(yīng)墻､出水槽､循環(huán)水槽等組成。模擬裝置為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)×寬×高為160cm×40cm×50cm，由玻璃鋼制成。整個(gè)模擬裝置通過(guò)蠕動(dòng)泵來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水量。在整個(gè)裝置的外面有一層循環(huán)水槽，該水槽中的水是直接抽取地下水，循環(huán)保溫，以確保模擬實(shí)驗(yàn)槽溫度與地下水溫度相一致。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　1.3.1 靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)

　　CODMn靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn):分別取玉米稈､NaOH玉米稈､氨水玉米稈､玉米芯､NaOH玉米芯､氨水玉米芯5g(干重)，放入到6個(gè)500mL的錐形瓶，每個(gè)錐形瓶加入500mL的去離子水，放置在20℃的培養(yǎng)箱中，每隔2d取樣測(cè)定CODMn､pH并重新?lián)Q水，考察其碳釋放特性。

　　氮靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn):與CODMn靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)相同的裝置，每隔3d取樣測(cè)定NO-3 N､NO-2-N､NH+4-N､pH，不重新?lián)Q水，分析其釋放氮污染物的特性。

　　1.3.2 反硝化靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

　　分別取玉米桿､NaOH玉米桿､氨水玉米桿､玉米芯､NaOH玉米芯､氨水玉米芯5g(干重)，放入到6個(gè)500mL的錐形瓶，每個(gè)錐形瓶加入450mL的去離子水和20mL接種污泥，放置在20℃的培養(yǎng)箱中，每天取樣測(cè)定NO-3-N､NO-2-N､NH+4-N､pH。根究我國(guó)地下水硝酸鹽污染程度不同，靜態(tài)反硝化實(shí)驗(yàn)共做3組，分為低､中､高污染濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，相對(duì)應(yīng)的將硝酸鹽起始濃度分別設(shè)置為30､80和150mg/L。每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置一個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出各平行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差均小于1.5mg/L，故取平行實(shí)驗(yàn)的算數(shù)平均值進(jìn)行分析。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　1.3.3 地下水原位模擬實(shí)驗(yàn)將250g(干重)NaOH玉米稈和150mL接種污泥放置在PRB反應(yīng)墻中，含水層介質(zhì)使用孔隙率為35%的沙子填充。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先用自來(lái)水對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)沖洗5h，以消除沙子本身的影響。通過(guò)抽水泵將地下水抽取到地面配水池中，然后添加KNO3 配制成30mgNO-3-N/L的實(shí)驗(yàn)用水。用水泵向循環(huán)水槽中注入地下水，保證整個(gè)模擬裝置與地下水的溫度相一致。

　　本實(shí)驗(yàn)，首先考察了靜態(tài)條件下的硝酸鹽去除效果。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)用水加注至砂濾層頂面。每3d取樣測(cè)定NO-3-N､NO-2-N､NH+4-N､CODMn､TN､pH､DO。
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