地下水作为我国城乡生活重要的饮用水源,近年来,随着工农业的飞快发展,大量氮肥的不当使用以及工业、生活污废水的不合理处置,导致地下水中硝酸盐氮与氨氮的污染日益严重。目前,我国北方地区大部分地下水超标污染物主要为硝酸盐氮与氨氮,居民长期饮用硝酸盐氮与氨氮污染的地下水,会导致高铁血红蛋白的增加,严重时还会导致癌症病变,因此含硝酸盐氮与氨氮污染的地下水处理对东北地区饮用水安全具有十分重要的意义。本研究针对我国北方地区地下水源受硝酸盐氮、氨氮的污染问题,通过优选出最佳壳聚糖改性滤料进行动态模拟试验,研究其除氮过滤效能,为实际应用提供理论参考。本论文的主要研究内容包括以下四个部分:(1)壳聚糖改性滤料的对比优选研究:采用壳聚糖分别对六种滤料(石英砂、活性炭、硅藻土、陶粒、天然沸石、沸石分子筛)进行改性,对比研究壳聚糖改性滤料前后对硝酸盐氮、氨氮的去除效果;结果表明经过壳聚糖改性的滤料对硝酸盐氮、氨氮的去除效果明显优于未改性的滤料,初步确定最佳的壳聚糖改性滤料为壳聚糖改性沸石分子筛;通过改变温度,原水p H值,原水浓度进一步研究壳聚糖改性滤料在外界因素变化时的稳定性;试验表明,在温度为10～30℃范围内,壳聚糖改性滤料对硝酸盐氮与氨氮的去除效果呈现逐渐增大的趋势,表明温度的升高有利于吸附反应的进行;在p H值为4.5～5.0时,壳聚糖改性滤料对硝酸盐氮的去除效果最好,在p H值为6.5～7.0时,壳聚糖改性滤料对氨氮的去除效果最好;硝酸盐氮原水浓度为40 mg/L时,壳聚糖改性滤料对硝酸盐氮的处理效果最好,氨氮原水浓度为7 mg/L时,壳聚糖改性滤料对硝酸盐氮的去除效果最好,且无论在哪种外界因素条件下,壳聚糖改性沸石分子筛对硝酸盐氮与氨氮的去除效果都是最好的,因此最终确定壳聚糖改性沸石分子筛为最佳的壳聚糖改性滤料。(2)壳聚糖改性沸石分子筛对硝酸盐氮过滤效能试验研究:通过对滤层高度和滤速的研究确定壳聚糖改性沸石分子筛过滤硝酸盐氮的最佳工艺参数,试验结果得出最佳工艺参数为:滤层高度为70 cm,滤速为4 m/h;研究不同影响因素,包括温度,原水p H值,原水浓度对壳聚糖改性沸石分子筛过滤硝酸盐氮的影响规律;结果表明,在室温(25℃)、原水p H值为4.5～5.0、原水浓度为40 mg/L时,壳聚糖改性沸石分子筛对硝酸盐氮的过滤效果最好,最高可达48.43%。(3)壳聚糖改性沸石分子筛对氨氮过滤效能试验研究:通过滤层高度和滤速的研究确定壳聚糖改性沸石分子筛过滤氨氮的最佳工艺参数,试验结果得出最佳工艺参数:滤层高度为70 cm,滤速为4 m/h;研究不同影响因素,包括温度,原水p H值,原水浓度对壳聚糖改性沸石分子筛过滤氨氮的影响规律;结果表明,在室温(25℃)、原水p H值为6.5～7.0、原水浓度为7 mg/L时,壳聚糖改性沸石分子筛对氨氮的过滤效果最好,最高可达97.57%。(4)壳聚糖改性沸石分子筛过滤机理研究:通过动力学模型研究表明壳聚糖改性沸石分子筛对硝酸盐氮、氨氮的吸附过程均符合Thomas吸附动力学模型;通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析壳聚糖改性沸石分子筛过滤前后物化特性,从而分析过滤前后壳聚糖改性沸石分子筛的过滤机理。结果表明,过滤硝酸盐氮、氨氮的壳聚糖改性沸石分子筛表面原有的凹凸结构消失不见,表明成功吸附了硝酸盐氮、氨氮;过滤前后壳聚糖改性沸石分子筛均保持硅铝氧四面体结构。通过高通量测序研究微生物对壳聚糖改性沸石分子筛过滤硝酸盐氮、氨氮的过滤机理,结果表明,滤料表面产生了具有脱氮功能的菌属。壳聚糖改性沸石分子筛过滤性能及机理研究成果,可为北方地区地下水饮用水源的安全供水提供技术支持。