基于场地温度条件的固态碳源去除浅层地下水中硝酸盐污染试验研究

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地下水硝酸盐污染是当今世界上许多国家或地区所面临的共性问题,利用反硝化途径去除地下水硝酸盐污染机理至今尚未完全清楚,而且缺乏高效的工程应用技术。因此,本文选取锯末、玉米芯和黄秋葵秸秆分别作为反硝化固态碳源,选用海富菌粉作为反硝化菌(主要为芽孢杆菌)开展如下实验研究:首先,从碳源的反硝化效果和经济效益出发,对三种固态碳源初步筛选;其次,对筛选后的碳源进一步优化,改变初始进水硝酸盐浓度、温度、水力停留时间(HRT)等条件,探究反硝化效果;最后,以目标场地实际地下水温(16±1)℃,控制实验温度环境,研究初始硝酸盐质量浓度和HRT改变对反硝化过程的影响。研究结果表明:(1)以黄秋葵秸秆、玉米芯和锯末为碳源在反硝化菌的作用下均能有效的去除硝酸盐,其中以玉米芯为碳源时,硝酸盐的去除率较高,反硝化过程中亚硝酸盐和氨氮的积累量较少,且易获取、成本低廉,是最适合的反硝化碳源。(2)温度和HRT对反硝化效果影响较大。HRT=24 h时,35℃下硝酸盐氮的去除率为98.5%,18℃下硝酸盐氮的去除率仅为46.6%;30℃下,HRT越长硝酸盐的去除效果越好且出水中亚硝酸盐和氨氮均未产生积累,反硝化效果较好;30℃下,HRT=20 h时,随着初始硝酸盐质量浓度上升,在相同的反应时间内去除量逐渐上升但去除率有所下降。(3)在场地温度((16±1)℃)条件下,HRT=24 h,初始进水硝酸盐质量浓度的变化对硝酸盐的去除有影响,当初始进水硝酸盐质量浓度为20 mg/L时,2#反应层硝酸盐去除率为99.83%,是80 mg/L下去除率的87%,出水中COD下降速度也随之减慢,而OD600值受初始进水硝酸盐浓度变化较小。(4)在场地温度((16±1)℃)条件下,初始进水硝酸盐浓度为70 mg/L时,HRT对反硝化有较大影响,HRT=2.5 h时,硝酸盐去除率为56.75%是HRT=20 h的64.42%,且随着HRT增加,测得OD600值较大,微生物的生长状况较好,出水中COD浓度也较低。综上所述,以玉米芯为碳源在(16±1)℃时,较低的初始硝酸盐质量浓度和较长的水力停留时间下反硝化效果较好。因此,以玉米芯为碳源在阜阳地区实际工程应用中具有一定的可行性,针对(16±1)℃的地下水温反硝化效果的研究,为后续相似地下水温条件下反硝化研究提供依据,也对生物反硝化在实际工程应用提供一定的技术参考,有助于进一步研究地下水硝酸盐污染原位修复技术。
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