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桂林地处岩溶盆地,存在岩溶区特有的生态脆弱性,随着桂林市城市建设的飞速发展,在社会进步和经济增长的同时,也带来了一系列的环境问题。本文通过收集桂林城区地下水水质资料及进行水质调查对该区地下水硝酸盐污染的历史与现状及成因进行分析,同时开展实验室研究,模拟反硝化条件,对硝酸盐的污染及修复机理进行研究。研究结果表明:
(1)通过对桂林城区地下水NO3--N污染的调查研究结果表明:土地利用变化和岩溶水文地质条件的不同对桂林城区地下水NO3--N污染有很大的影响,NO3--N污染分布与土地利用分布具有一致性。对比桂林城区NO3--N污染的历史与现状时空分布可知:近年来,孔隙水中NO3--N污染在中西部有所减轻,甚至大部分区域检出水质达标,但是在东部却造成了局部污染,且污染有加重的趋势；岩溶水由于其赋存条件好,埋藏较深,地下水中的NO3--N在整个研究区内污染程度逐渐减轻。
(2)通过进行地下水NO3--N的生物修复实验即硫自养生物脱氮及以乙醇为有机碳源的异养生物脱氮的实验研究可知:
①硫自养生物脱氮技术研究运用硫／石灰石／沙子滤柱,以石灰石和沙子作为生物载体,NO3--N利用硫作为电子供体,被还原为氮气。在微氧环境下,NO3--N的进水浓度31.8mg／L,滤柱运行流量为13.8ml／min,水力停留时间为12h。运行时间为52d,实验结束时,NO3--N出水浓度为0 mg／L,NO3--N去除率达100％,NO3--N的去除速率为22.294 mg／L·d-1。在滤柱运行期间检测到NO2-.N的积累与降解过程,实验后期硫酸盐出水浓度为205.92 mg／L,符合《地下水质量标准》(GBT14848-1993)Ⅲ类水质标准。
②在以乙醇为有机碳源的异养生物脱氮技术研究方面,本文主要以两个不同的实验方法(包括砂柱和微元体实验)来研究在反硝化去除地下水中硝酸盐的原位修复中,乙醇作为电子供体的可利用性。实验结果表明:
砂柱实验第一阶段(0～9d),NO3--N进水浓度为27 mg／L,其平均消耗速率约为19.516mg／L·d-1(0～9d)；第二阶段(10～15d),NO3--N进水浓度为56.4 mg／L,其平均去除速率为55.62mg／L·d-1(10～15d)。乙醇进水浓度为520 mg／L,第一阶段(0～9d),其平均消耗速率约为70.76 mg／L·d-1；第二阶段(10～15d),其平均消耗速率约为67.87 mg／L·d-1。滤柱运行期间,没有检测到NO2--N的积累。
微元体实验中NO3--N和乙醇初始浓度分别为27 mg／L和390 mg／L。在实验结束时NO3--N被完全去除,其平均去除速率为1.286 mg／L·d-1(0～20d),且在实验过程中,检测到NO2--N的积累与去除过程。伴随着NO3--N和NO2--N的去除,乙醇浓度相应的衰减,乙醇的平均消耗速率为7.416 mg／L·d-1。
本文对桂林城区地下水硝酸盐污染历史和现状分析及实验室生物修复技术进行研究,其研究成果将对防治桂林市城区地下水硝酸盐污染治理及岩溶水资源保护提供科学依据。