运用批实验研究米酒去除硝酸盐的关键影响因素

摘要

地下水中氮素污染已成为当前国际上水污染防治的焦点问题之一。氮素污染会引起地下水水质下降、适用性降低，还会以直接或间接的方式危害人体健康。国内外学者普遍认为氮肥过度使用及利用率低是造成地下水硝酸盐污染的重要原因。本课题选择米酒作为外加碳源，围绕溶解氧、碳氮质量比、温度和水砂体积比这四个关键影响因素开展米酒去除地下水中硝酸盐的批实验研究，以期了解不同因素在反硝化过程中的影响。通过对各个影响因素的实验分析可以得到如下主要结论：
　　（1）缺氧和微氧条件下硝酸盐去除率在第5天达到100％，有氧条件下硝酸盐去除率在第8天达到99.8%，表明在不同溶解氧条件下，微生物对硝酸盐的降解作用都是可以进行的，溶解氧对于反硝化过程并没有产生明显的抑制作用。缺氧、微氧和有氧条件下硝酸盐平均去除速率分别为22.76 mg/L/d、25.78 mg/L/d和14.63 mg/L/d，说明溶解氧较低的情况下硝酸盐去除速率更快，反硝化效果更为理想。缺氧条件下硝酸盐明显下降需要0.5天（12小时），对应DO=0.1 mg/L，微氧条件下硝酸盐明显下降需要1天（24小时），对应DO=1.5 mg/L，有氧条件下硝酸盐明显下降需要1.5天（36小时），对应DO=3.5 mg/L，反硝化启动时间有氧组>微氧组>缺氧组。说明溶解氧的存在对反硝化作用的启动有延迟作用，但影响较小。
　　（2）缺氧条件下，C/N=1.2为最佳，此时脱氮率达100%，没有中间产物亚硝酸盐和乙酸盐的积累。微氧条件下，C/N合适值在1.5~2.0之间，因为C/N=2.0时硝酸盐完全去除的同时亚硝酸盐也消失为0，但有少量乙酸盐积累，而C/N=1.5时硝酸盐的去除率有所下降，虽然几乎没有乙酸盐的积累，但亚硝酸盐去除不够彻底，稍高于限制值。有氧条件下，C/N=2.0时能高效去除硝酸盐，脱氮率达100%，且无中间产物积累，而当C/N降至1.5或1.2时硝酸盐去除不彻底，脱氮率仅达到78.9%~81.0%。
　　（3）温度对反硝化反应的影响较大。三组微元体在其他条件一致的情况下，分别运行于25~30℃，15~20℃，5~10℃的水温环境中，反硝化反应皆能进行，但硝酸盐去除速率会随着温度的升高逐渐增大。水温为25~30℃条件下硝酸盐的去除效果最佳，脱氮率达到100%。本次实验认为25~30℃为最佳的反硝化温度范围。
　　（4）砂量越多，硝酸盐降解速度越快、去除率高，反硝化效果更为理想。但合适的水砂体积比是保证高效去除地下水中硝酸盐的关键。水砂体积比4:1和水砂体积比5:1的条件下反硝化效果明显优于水砂体积比10:1和水砂体积比20:1。考虑到水砂体积比4:1和水砂体积比5:1反硝化效果差别不大，实际应用中应以较好的去除效果为前提，并尽量减少砂砾层厚度，以得到最大有效容积，因此本次实验中提倡5:1的水砂体积比。

目录

声明

第1章 绪论

1.1选题依据

1.1.1地下水硝酸盐污染现状

1.1.2地下水硝酸盐污染原因

1.1.3地下水硝酸盐污染危害

1.1.4地下水硝酸盐污染修复技术及研究进展

1.2影响反硝化反应的关键因素

1.2.1溶解氧（DO）

1.2.2碳氮质量比（C/N）

1.2.3温度（T）

1.2.4水砂体积比（W/S）

1.3技术路线

1.4研究内容及意义

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

1.4.3研究意义

1.4.4创新点

第2章 材料与方法

2.1实验原理

2.2实验材料

2.2.1实验瓶

2.2.2砂石

2.2.3硝酸盐污染的地下水

2.2.4米酒

2.3微元体制作

2.4实验设置

2.4.1溶解氧（DO）对反硝化反应的影响

2.4.2碳氮质量比（C/N）对反硝化反应的影响

2.4.3温度（T）对反硝化反应的影响

2.4.4水砂体积比（W/S）对反硝化反应的影响

2.5分析方法

2.5.1水化学指标的分析

2.5.2离子浓度分析

2.5.3乙醇浓度分析

2.5.4氨氮的分析

第3章 实验结果与分析

3.1溶解氧（DO）对反硝化的影响

3.1.1溶解氧浓度变化情况

3.1.2硝酸盐的去除效果

3.1.3不同溶解氧条件下的反硝化启动时间

3.1.4亚硝酸盐积累情况

3.1.5乙酸盐积累情况

3.1.6酸碱度（pH）变化情况

3.1.7氨氮产生情况

3.1.8小结

3.2碳氮质量比（C/N）对反硝化的影响

3.2.1溶解氧浓度变化情况

3.2.2硝酸盐的去除效果

3.2.3亚硝酸盐积累情况

3.2.4乙酸盐积累情况

3.2.5不同溶解氧条件下的C需求量

3.2.6酸碱度（pH）变化情况

3.2.7氨氮产生情况

3.2.8小结

3.3温度（T）对反硝化的影响

3.3.1溶解氧浓度变化情况

3.3.2硝酸盐的去除效果

3.3.3亚硝酸盐积累情况

3.3.4乙酸盐积累情况

3.3.5酸碱度（pH）变化情况

3.3.6小结

3.4水砂体积比（W/S）对反硝化的影响

3.4.1溶解氧浓度变化情况

3.4.2硝酸盐的去除效果

3.4.3亚硝酸盐积累情况

3.4.4乙酸盐积累情况

3.4.5酸碱度（pH）变化情况

3.4.6小结

第4章 结论与建议

4.1主要结论

4.2存在的不足

4.3建议与展望

参考文献

申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢