利用米酒去除地下水中硝酸盐的最佳C/N比和应用研究

摘要

目前，我国地下水中硝酸盐污染状况不容乐观，通过对全国大范围内调查，结果显示地下水中硝酸盐含量超标现象普遍。从文献来看，地下水中硝酸盐主要来源可概括为有机废物、废水、不合理的施肥、动物粪便及化粪池污水等。地下水资源作为人们生活饮用水主要来源之一，水中硝酸盐浓度过高对人身健康无益，饮用较高硝酸盐浓度的水可导致患“高铁血红蛋白症”的机率增加。另外，有研究认为对甲状腺及消化系统也有损害。去除地下水中硝酸盐主要依靠工程措施，其中研究较多的为生物反硝化技术。生物反硝化技术主要依靠外界提供的碳源促进生物反硝化作用的进行。课题组通过前期研究得出家庭自酿米酒可有效促进生物反硝化作用的进行。本次实验也将采用米酒作为外加碳源，砂桶装置内砂砾层为粒径均匀的少量砂砾，进水方式为将提取的地下水一次性全部注入砂桶，砂桶出水量20 L·d?1。研究砂桶进水硝酸盐浓度、砂桶内砂砾层厚度及温度对砂桶装置去除地下水中硝酸盐的影响。研究结果表明： （1）砂桶进水实际 C/N（质量比）比应不低于1.5为宜，但也不应超过前期研究的1.89，对去除地下水中硝酸盐的效果较好，硝酸盐去除率100%。砂桶出水亚硝酸盐浓度经过短暂的升高、降低过程后，砂桶出水中不再检出亚硝酸盐。砂桶出水会存有少量乙酸盐累积，经测定，其与食用醋酸为一类物质，对人身健康不存在危害。另外，在水中溶解氧为5.5～6.5 mg·L?1的环境下，生物反硝化作用仍然可以启动。 （2）存在溶解氧的水环境中，进水硝酸盐质量浓度的变化会对砂桶去除地下水中硝酸盐效果产生一定影响。一定C/N比时，进水硝酸盐质量浓度越高，生物反硝化作用受水中溶解氧的影响越小，最佳C/N比越接近厌氧环境，但砂桶去除地下水中硝酸盐的速率会有所降低。另外，生物反硝化反应进行过程中会伴随少量氨氮产生，进水硝酸盐质量浓度升高，将导致砂桶出水中氨氮的积累量有所增加。 （3）砂桶底部砂砾层厚度以不低于39 cm为宜。为保证砂桶充足的有效容积，砂砾层厚度也不应过大。投放米酒前，砂砾层厚度越大，砂桶出水溶解氧浓度降低幅度越大。投放米酒后，砂砾层厚度相对较大，反硝化效果较好。 （4）砂桶装置在10～25℃水温范围内运行，生物反硝化反应皆能进行，但反硝化速率会随着温度的降低而减慢。 （5）在不同环境条件下，砂桶出水pH值均稳定在7～8间，符合我国饮用水卫生标准。砂桶出水中亚硝酸盐的积累可采用次氯酸钠进行快速处理。 以砂桶装置为反应器，米酒为碳源促进生物反硝化非常经济。以砂桶进水硝酸盐质量浓度150 mg·L?1为例，通过计算，一年投注米酒的支出大约30元。作为生活饮用水，来之不易，应节约食用，不宜用于冲澡、洗衣等。另外，食用前应先加热煮沸。 本次研究未对砂桶装置进行长期运行，若应用于实际，应进行长期运行实验，观测砂桶装置去除地下水中硝酸盐效果的稳定性。

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第1章 绪论

1.1选题来源

1.1.1 地下水中硝酸盐污染现状、危害及来源

1.1.2 硝酸盐污染修复技术研究进展

1.2研究意义、目标、内容、技术路线及工程应用价值

1.2.1 研究意义

1.2.2 与课题组前期研究差异

1.2.3 研究目的

1.2.4 研究内容

1.2.5 技术路线

1.2.6 工程应用价值

第2章 材料与方法

2.1实验材料

2.1.1 硝酸盐污染的地下水

2.1.2 米酒

2.1.3 砂砾

2.2实验装置

2.3实验设置

2.3.1 C/N比研究

2.3.2 硝酸盐浓度对反硝化效果的影响

2.3.3 砂砾层厚度对反硝化效果的影响

2.3.4 温度对反硝化效果的影响

2.4检测方法

2.4.1 对DO、pH、EC及T的检测

2.4.2 对NO3ˉ、NO2ˉ及CH3COOˉ的检测

2.4.3 对乙醇含量的检测

2.4.4 对水样中氨氮的检测

第3章 结果与讨论

3.1 C/N比研究

3.1.1 溶解氧（DO）的变化情况

3.1.2 亚硝酸盐累积情况

3.1.3 乙酸盐累积情况

3.1.4 硝酸盐去除效果

3.1.5 pH值变化情况

3.1.6 盐度变化情况

3.1.7 氨氮产生情况

3.1.8 小结

3.2硝酸盐浓度对反硝化效果的影响

3.2.1 溶解氧（DO）的变化情况

3.2.2 亚硝酸盐积累情况

3.2.3 乙酸盐积累情况

3.2.4 硝酸盐去除效果

3.2.5 pH值变化情况

3.2.6 氨氮变化情况

3.2.7 小结

3.3砂砾层厚度对反硝化效果的影响

3.3.1 溶解氧（DO）的变化情况

3.3.2 亚硝酸盐积累情况

3.3.3 乙酸盐积累情况

3.3.4 硝酸盐去除效果

3.3.5 pH值变化情况

3.3.6 小结

3.4温度对反硝化效果的影响

3.4.1 溶解氧（DO）的变化情况

3.4.2 亚硝酸盐积累情况

3.4.3 乙酸盐积累情况

3.4.4 硝酸盐去除效果

3.4.5 pH值变化情况

3.4.6 小结

3.5应用研究

3.5.1 装置家庭化

3.5.2 注水及投注米酒

3.5.3 砂桶出水

第4章 结论与展望

4.1主要结论

4.2不足与展望

参考文献

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢