硝酸盐在包气带与饱水带中迁移转化规律

摘要

地下水作为人类饮用水的主要来源之一,其污染受到了人类的普遍关注。农业中化肥的过多使用,以及工业污水、生活污水的排放导致了地下水中硝酸盐污染。土壤中包气带与饱水带是硝酸盐迁移到地下水过程中通过的主要介质,也是降解硝酸盐,避免污染地下水的主要部位,因此,对硝酸盐在包气带与饱水带中的迁移转化规律的研究有着重要的意义。
　　由于砂柱实验在研究地下水中居于优势地位,因此本实验采用砂柱模拟硝酸盐在土壤中的迁移转化规律。砂柱由有机玻璃管制成,高2000mm、直径150mm,底部设有出水口。砂柱使用洗净的细砂填充,填充高度1700mm。自砂层表面每隔200mm设一取样口。考察不同碳源、碳氮比、初始pH、包气带与饱水带高度比、进水硝酸盐浓度、进水速度对砂柱中反硝化脱氮的影响。实验结果表明:
　　(1)砂柱中反硝化菌的培养可分为三个阶段。在初期实验,由于砂柱的截留和硝酸盐的还原作用,砂柱内硝酸盐浓度相比于进水浓度减少了,并产生了氨氮。在实验中期,出现了取样中的硝酸浓度大于注入水的硝酸盐浓度的现象,这是由于间歇式进水方式,使砂柱处于氧化环境与还原环境的互变中,当砂柱处于氧化环境,硝化作用使初期阶段吸附的氨氮转化为硝态氮,导致硝态氮浓度的上升。在后期阶段,根据细菌将选择获取较大能量反应的理论,砂柱内硝酸盐浓度的减少是由于反硝化反应的发生,而不是发生了硝酸盐还原作用。
　　(2)使用不同碳源材料进行实验时,砂柱中反硝化效率的大小顺序为:乙酸钠﹥乙醇﹥葡萄糖,反硝化速率与碳源的性质和分子量大小有关。葡萄糖和乙酸钠作为碳源都造成了砂柱深处水体中有机碳的污染。
　　(3)当砂柱中包气带与饱水带高度比为0时,进水中硝酸盐在400mm深度处即被分解完全,且未出现亚硝酸盐的累积;而当砂柱中包气带与饱水带高度比为1时,硝酸迁移到砂柱深处,并造成了亚硝酸盐的累积。
　　(4)当进水中C:N=1:1时,碳源量相对不足,造成了砂柱中硝酸盐的分解不完全和亚硝酸盐的累积;当进水中C:N=6:1时,碳源量充足,砂柱中反硝化菌对硝态氮的降解有效、完全,未出现亚硝酸盐的累积,但造成砂柱深处有机物的污染。
　　(5)考察不同的初始pH对砂柱反硝化的影响,砂柱中硝酸盐脱除效率的pH顺序为7.00>6.00>8.00>9.00>5.00;砂柱中反硝化作用越强,亚硝酸盐累积量越少,有机碳利用量越大。
　　(6)一定范围内,砂柱进水硝酸盐浓度越高,反硝化速率越高;当进水硝酸盐浓度超过了砂柱中反硝化菌的分解能力时,反硝化速率不再上升,硝酸盐向砂柱深处迁移。
　　(7)考察不同进水速度对砂柱中反硝化的影响,进水速度越慢,砂柱中硝酸盐的脱除效果越好;进水速度过慢时,反硝化碳源不足会引起亚硝酸盐的累积。
　　在包气带高度为零、进水C:N=3:1、pH=7.00、碳源材料为葡萄糖的条件下,反硝化效果较好,在砂柱400mm处硝酸盐浓度消减至1.11mg/L,且没有发生亚硝酸盐的累计和有机碳对砂柱深处水体的污染。

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第一章 绪论

1.1地下水中硝酸盐的来源

1.2 硝酸盐的危害

1.3自然界中氮元素的循环

1.4 地下水硝酸盐的处理技术

1.5研究的目的和意义

第二章实验材料及方法

2.1实验装置

2.2实验材料

第三章 砂柱中连续进水条件下硝态氮转化规律

3.1反硝化菌的采集

3.2实验步骤

3.3反硝化菌在砂柱中的培养

3.4本章小结

第四章 不同碳源对砂柱反硝化的影响

4.1实验方法

4.2实验结果分析

4.3本章小结

第五章 不同因素对砂柱反硝化的影响

5.1实验步骤

5.2实验结果分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文