（环境工程专业论文）渗透性反应墙处理硝酸盐废水实验研究.pdf

摘要 近年来，地下水中硝酸盐污染日益严重，对地下水中硝酸盐污染的去除已成为当 务之急。本文分析了地下水中硝酸盐污染现状及危害，对已有的硝酸盐处理方法如物 理法、化学法、生物法进行了比较，得出渗透性反应墙技术对硝酸盐氮的处理是有发 展前景的地下水原位修复技术。 本文阐述了液体碳源和固体有机碳源的优缺点，对比了腐朽木、玉米和刨花作为 碳源时有机物c o d 的释放量，综合比较后选择了玉米秸秆作为活性碳源，因为玉米 秸秆在水中能持续稳定的降解为小分子有机物，完全可以给水中厌氧微生物( 反硝化 细菌) 提供碳源。 静态实验结果表明：玉米秸秆在水中浸泡过程中，腐解后有机物( 用高锰酸盐指 数c o d m n 表示) 的浓度保持6 - 8 m g l ，这个浓度完全能满足反硝化细菌所需的营养 碳源；有机物的浓度不高，不会对地下水产生二次污染；玉米秸秆腐解过程中三氮的 产量均很低，不会对硝酸盐氮的去除产生大影响；p h 值在5 - 9 时，反应过程中副产 物n h 4 + 的累积量最小，同时这个p h 值范围正好吻合天然地下水中的p h 值范围( p h 值为6 9 ) ，实验得出模拟的p r b 运行条件，完全可以应用于实际地下水中。 针对还原铁粉对硝酸盐氮还原产物中n h 4 + 产量过高的问题，本实验选取了利用玉 米秸秆和还原铁粉作为渗透性反应墙的活性填充材料，对地下水中硝酸盐的污染物进 行模拟处理，有效解决了副产物n 地+ 浓度过高的问题。其过程主要是，玉米秸秆腐解 产生的水溶性有机物给反硝化细菌提供碳源，另外污染物硝酸盐可以作为反硝化细菌 的氮源，碳源和氮源的充足给异养反硝化细菌发生反硝化创造了的条件，从而使更多 的n 0 3 一、转化为n o 、n 2 0 和n 2 ，减少了出水中的n h 4 + 浓度。 在动态实验中，模拟实际地下水，控制进水流速。实验结果表明：用玉米秸秆和 还原铁粉作为活性填充材料的渗透性反应墙技术，能高效去除地下水中硝酸盐污染 物，待实验稳定后，连续出水中n 0 3 - 的浓度 2 0m g l ，完全达到地下水质量标准 ( g b t1 4 8 4 8 9 3 ) 的要求( i 类水n 0 3 - 的浓度 9 时，反应下降明显，产物中三氮总量较高，可见p h 值增 加不利于该反应的进行。这说明铁粉对硝酸盐的还原反应在偏酸性条件下进行比较有 利，p h 值的降低能促进反应向右进行，所以反应速率加快，同时反硝化细菌的活性 增加。在本实验中，考虑实际地下水特征和反应的偏酸性，选取p h 值= 7 2 。 硕+ 学位论文 第四章渗透性反应墙p r b 的动态实验研究 4 1 实验装置 实验主反应器是有机玻璃构成的圆柱体，直径2 0 0 毫米，高8 0 0 毫米；主反应器 中间有三个取样口，每个取样口之间距离为1 0 0 毫米。反应器两端各装有粗砂子( 粒径 2 - 5 m m ，厚度为1 2 0m n ) ，主要起过滤，缓冲和保护中间填充物的作用。和粗砂相连 为细砂( 粒径0 5 1m m ，厚度为8 0m m ) ，此部分模拟地下含水层，使进水均匀分布 在中间活性填充部分。中间4 0 0m 1 为活性填充部分，中间均匀分布有3 个取样口， 每个取样口之间的距离为1 0 0m i l l 。水流从下端进入柱子，从上端流出，实验装置如 图4 1 。 f i g u r e4 1 s i m u l a t i o no fp r bm a i nr e a c t i o nc o l u m n 图4 1 模拟p r b 主体反应柱 硕十学位论文 4 2 反应柱填充 模拟p r b 使用的填充介质材料有还原性铁粉，玉米秸秆粉末，粗砂和细砂。根据 实验的要求，进行不同的填充。 中间4 0 0 毫米的主体部分是主要的活性填充区，分两种填充方式： ( 1 ) 分层填充，参照静态实验研究结果，将玉米秸秆和还原铁粉以填充厚度3 0 毫 米和2 0 毫米，分层填充在反应柱主体部分，使进水先通过玉米秸秆层。因为根据静 态实验研究结果，还原铁粉具有很强的还原性，当硝酸盐废水一接触还原铁粉时，硝 酸盐就被还原成氨氮，从而使反应无法继续进行。 ( 2 ) 分段填充，将玉米秸秆和还原铁粉分两段填充，进水先通过玉米秸秆，再进 入还原铁粉层，填充柱进水一段填充玉米秸秆厚度为3 5 0 毫米，上端5 0 毫米填充还 原铁粉。从下往上的l 拌、2 撑和3 群出水口所取得水样，只是经过了玉米秸秆，没有接 触到还原铁粉，出水口的水是经过还原铁粉层。这样填充的目的，就是检测在没有铁 粉的情况下，玉米秸秆中反硝化细菌对硝酸盐的去除情况，末端的铁粉，只是保证将 残余的硝酸盐还原，从而保证了硝酸盐的去除效率。 4 3 填充厚度对实验的影响 在分段填充中，反应柱中填充物的有效厚度设置为4 0 0 m m ，对比反应柱上2 撑和3 舟 取样口对硝酸盐的去除效果，结果表明2 撑和3 撑处理效果差距不大，从而确定玉米秸 秆的填充厚度在2 0 0 3 0 0 m m 之间是比较合理，能满足实验要求。 分层填充中，由于还原铁粉对硝酸盐具有很强的还原作用，当硝酸盐废水一接触 到还原铁粉时，大部分就被还原成氨氮。所以厚度对分层填充来说，没有实际意义。 4 4 流速的影响 选取分段填充做实验研究，待出水水质稳定后，控制进水流速，水流在渗透性反 应墙中