（环境工程专业论文）萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐研究.pdf

萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐研究 摘要 地下水浊度低，水量丰富、容易获取，在世界上许多地方，地下水都是一个 重要的饮用水水源。在我国，特别是我国农村地区更是直接将其作为饮用水然 而，目前地下水水质普遍受到了不同程度的硝酸盐污染，而且近几年地下水中硝 酸盐的浓度呈上升趋势。如何经济有效的去除地下水中的硝酸盐，是非常有意义 的课题研究。近十几年来有许多学者对此进行了认真的研究，提出了许多有价值 的地下水硝酸盐去除方法，如化学催化还原、生物转盘、连续流隔离膜生物反应 器和管式膜生物反应器等。然而由于问题的复杂性，所提出的处理方法要么处理 水中含有有害的副产物，要么硝酸盐去除不具选择性，要么在处理过程中处理水 受到生物体的污染，要么其膜比表面积小、容积负荷小，难以应用于实际。本课 题在综合分析现有地下水硝酸盐去除技术的基础上，从消除产生有害副产物、选 择性去除硝酸盐、产品水与反硝化区分离、提高硝酸盐扩散速率、增大膜比表面 积等方面考虑，采用一种新型工艺一中空纤维膜萃取膜生物反应器用于去除地下 水硝酸盐，克服了中空纤维膜内的阻塞问题，并对该反应器的反硝化性能进行了 较深入的试验研究。本研究以已醇为碳源，主要进行了碳氮比对萃取膜生物反应 器反硝化效果的影响试验、进水硝态氮负荷在不同进水硝态氮浓度时对萃取膜生 物反应器反硝化效果的影响试验以及已醇投加浓度对萃取膜生物反应器反硝化 效果的影响试验等。主要结论如下。 ( 1 ) 本试验中，硝态氮去除速率达到了6 3 2 9 ( m 2 m ，膜组件出水硝态氮浓 度满足饮用水卫生标准( 1 0 r a g l ) 的硝态氮去除速率达到了3 9 9 ( m 2 d 1 。有效 防止了中空纤维膜因微生物繁殖而引起的阻塞问题。 ( 2 ) 碳氮比对萃取膜生物反应器膜组件出水的硝态氮浓度有明显影响。提 高碳氮比，可相应提高反应器内的已醇浓度，增加硝态氮反硝化速率，降低硝态 氮浓度。但碳源不足时可引起亚硝态氮积累。 ( 3 ) 萃取膜生物反应器的生物阻隔作用受反应器内的己醇浓度及膜组件出 l 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 水中的硝酸盐浓度两者的影响。膜组件出水中的已醇浓度随反应器内的已醇浓度 提高而增加，随膜组件出水中的硝酸盐浓度增加而减小实际运行时膜组件出水 硝态氮浓度不宣过低，在满足饮用水水质卫生标准的前提下出水中应保持一定的 硝态氮浓度，以有效阻隔己醇等进入到出水中，简化后续处理。 ( 4 ) 已醇投加浓度对萃取膜生物反应器的反硝化效果具有一定影响。通过 提高已醇投加浓度可有效提高反应器内的已醇浓度、加快反硝化速率：或者保持 相同的反应器内已醇浓度( 反硝化效果相同) ，提高已醇投加浓度可适当降低碳 氮比。实际运行时宜采用较高的已醇投加浓度，可节省碳源投加量、降低成本 ( 5 ) 在碳氮比一定的条件下，随进水硝态氮负荷增加，反应器内已醇浓度 增大、硝态氮去除速率增加( 但增加速率降低) 、膜组件出水硝态氮浓度增大。 ( 6 ) 在相同的进水硝态氮负荷条件下，高进水浓度比低进水浓度具有较快 的反硝化速率及较低的出水硝态氮浓度，高进水浓度时可采用较高的进水负荷。 本课题的主要创新之处有以下几点。 ( 1 ) 克服了中空纤维膜内的阻塞问题通过对待处理水预处理，有效地防 止了中空纤维膜因微生物繁殖而引起的阻塞，在两年多的试验中运行一直正常。 由于中空纤维膜直径较小，反应器内可达到很高的膜比表面积，可具有很高的硝 酸盐去除速率，易于装置化，具有较高的实际应用价值，中空纤维膜阻塞问题的 克服，解决了中空纤维膜萃取膜生物反应器实际应用于地下水硝酸盐去除的技术 难题。 ( 2 ) 发现了碳源投加浓度影响萃取膜生物反应器内碳源浓度碳源投加浓 度提高会使得碳源的投加流量降低，因而排出反应器的碳源量减少、反应器内的 碳源浓度增加。相同的碳氮比，增加碳源投加浓度，可有效提高反应器内的碳源 浓度、加快萃取膜生物反应器的反硝化速率；或者保持相同的反应器内碳源浓度 ( 反硝化效果相同) ，提高碳源投加浓度可适当降低碳氮比，可节省碳源投加量、 降低成本。 ( 3 ) 找出了萃取膜生物反应器阻隔碳源进入产品水的基本规律萃取膜生 物反应器的生物阻隔作用受反应器内的已醇浓度及膜组件出水中的硝酸盐浓度 两者的影响，膜组件出水中的已醇浓度随反应器内的已醇浓度提高而增加，随膜 组件出水中的硝酸盐浓度增加而减小。实际运行时膜组件出水硝态氮浓度不宜过 n * 舸口口，z ，”f ，7， ， i，。轧；警，v，参”暂#簟3霉霉妒#轻鸳掣电荔 ； q 、， 。m畸ip。晚，虹蓼 再。 、 # ：鎏翟l“o馨i ： 萃取膜生物反应器去除地下术硝酸盐 低，在满足饮用水水质卫生标准的前提下出水中应保持一定的硝态氮浓度，以有 效阻隔已醇等进入到出水中，简化后续处理。 关键词：萃取膜生物反应器，中空纤维膜，地下水硝酸盐，生物反硝化。饮用水 处理 i l l m，碍#： 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 t h es t u d yo ft h en i t r a t er e m o v a li ng r o u n d w a t e ru s i n g e x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o r a b s t r a c t t h e g r o u n d w a t e ri sc l e a r ，a n di t sq u a n t i t yi sa b u n d a n ta n di tc a nb ee a s i l yo b t a i n e d a t m a n yp l a c e si nt h ew o r l d ，g r o u n d w a t e ri sa ni m p o r t a n td r i n k i n gw a t e rs o u r c e i no u r c o u n t r y , e s p e c i a l l yi no u rc o u n t r yv i l l a g er e g i o ni t i sd i r e c t l yu s e da sd r i n k i n gw a t e r h o w e v e r , t h eg r o u n d w a t e rq u a l i t yw a sp o l l u t e db yt h en i t r a t e ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o n o ft h en i t r a t ei nt h eg r o u n d w a t e rp r e s e n tu p - t r e n di nt h el a s tf e wy e a r s h o wt o r e m o v et h en i t r a t ei nu n d e r g r o u n de c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v e l yi sav e r ym e a n i n g f u l t o p i c i nt h el a s t1 0y e a r st h e r ea r em a n ys c h o l a r sc a r r y0 1 1e a r n e s tr e s e a r c h e so nt h i s t o p i c , p u tf o r w a r dm a n yw o r t h ym e t h o d st or e m o v en r r a t e si ng r o u n d w a t e r , s u c ha s t h ec h e m i s t r yc a t a l y s td e n i t r i f i c a t i o n ，r o t a t i n gb i o l o g i c a le o n t a c t o r s ，c o n t i n u o u sf l o w m e m b r a n eb i o r e a c t o r sa n dp i p em e m b r a n eb i o r e a c t o r se t c h o w e v e rb e c a u s eo ft h e c o m p l e x i t yo ft h i sp r o b l e m , t h em e t h o d sp u tf o r w a r dh a v em a n yp r o b l e m s ：s u c ha s t h e r ea r eh a r m f u lb y p r o d u c ti nt h et r e a t e dw a t e ro rt h en i t r a t ec a nn o tb er e m o v e d s e l e c t i v e l yo rt h et r e a t e dw a t e ri sp o l l u t e db yt h em i c r o o r g a n i s md u r i n gt h ep e r i o do f t r e a t m e n to rt h em e m b r a n e ss p e c i f i cs u r f a c ea r e ai ss m a l la n dt h ev o l u m el o a d i n gi s s m a l la n di sh a r dt oa p p l yi na c t u a le t c t h i st o p i c ，a tt h eb a s eo fc o m p r e h e n s i v e a n a l y z ee x i s t i n gm e t h o d so f n i t r a t er e m o v a li ng r o u n d w a t e r , f o rt h ea i mo f e l i m i n a t i n g t h eh a r m f u lb y - p r o d u c t ，t h es e l e c t i v i t yo fn i t r a t er e m o v a lt h es e p a r a t i o no ft r e a t e d w a t e ra n dd e n i t r i f i c a t i o ns e c t i o n , r a i s i n gt h ed i f f u s i o nr a t eo fn i t r a t e ，e n l a r g i n gt h e m e m b r a n e ss p e c i f i cs u r f a c ea r e ae t e , u s ean e wt e c h n o l o g y h o l l o wf i b e re x t r a c t i v e m e m b r a n eb i o r e a c t o rt or e m o v et h en i t r a t ei nt h eu n d e r w a t e r t h i sn e wm e t h o d o v e r c o m e st h ep r o b l e mo f b l o c k i n gi nt h eh o l l o wf i b e rm e m b r a n e t h em o r er e s e a r c h e so nd e n i t r i f l o a t i o nc h a r a c t e f i s t i c so ft h i sh o l l o wf i b c re x t r a c t i v e m e m b r a n eb i o r e a c t o rh a sb e e nm a d e ，t a k i n ge t h a n o la sc a r b o ns o u r c e , i n c l u d i n gt h e e f f e c to f t h er a t i oo f o r g a n i cc a r b o nt on i t r a t e n i t r o g e n ( c nr a t i o ) o nd e n i t r i f i c a t i o ni n e x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o r , t h ee f f e c to f n i t r a t e n i t r o g e nl o a d i n g o n 萃取膜生物反应嚣去除地下水硝酸盐 d e n i t r i f i c a t i o ni nc x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o ra n dt h ee f f e c to ft h ei n f f l u e n t n i t r a t e n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n so nd e n i t r i f l c a t i o ni ne x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o r t h em a i nc o n c l u s i o u sa r ea sf 0 1 1 0 w s ： ( 1 ) i nt h i se x p e r i m e n tt h cn 0 3 nr e m o v a lr a t e sr e a c h6 3 2 9 ( m 2 d ) w h e nt h e t r e a t e dw a t e ro u to ft h em e m b r a n em o d u l ec a nm e e tt h e s a n i t a r ys t a n d a r df o r d r i n k i n gw a t e r ) ( n 0 3 - n = 1 0 m g l ) ，n 0 3 - nr e m o v a l r a t e sc a l lr e a c h3 9 9 ( m 2 d ) a n d t h eb l o c kp r o b l e m sb ym i c r o o r g a n i s mg r o w t ha r ee f f e c t i v e l yo v e r c o m e ( 2 ) c nr a t i oh a so b v i o u se f f e c t so nn 0 3 - nc o n c e n t r a t i o no ft r e a t e dw a t e ro u to f e x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o rm e m b r a n em o d u l e i n c r e a s i n gt h ec nr a t i oc a r l i i l c r e a s et h ec o n c e n t r a t i n no f c a r b e ns o u r c ei l it h er e a c t o ra n dt h e r e f o rc a ni n c r e a s et h e d e n i t r i f i c a t i o nr a t e t h es h o r t a g eo fc a r b o ns o u r c ew i l ll e a dt h ea c c u m u l a t i o no f n 0 2 一n ( 3 ) s e p e r a t i n gb yb i o l o g i c a lf i l mm e x t r a c t i v em e m b r a n eb i o r e a c t o ri n f l u e n c e db y c a r b o ns o u r c ec o n c e n t r a t i o a si nt h er e a c t o ra n dn i t r a t ec o n c e n t r a t i o a si i it h et r e a t e d w a t e r t h ec o n c e n t r a t i o n so fc a r b o ns o u r c ei nt r e a t e dw a t e ro u to fm e m b r a n em o d u l e i n c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo fc a r b e ns o u r c ec o n c e n t r a t i o n si nt h er e a c t o r ，a n dd e c r e a s e w i t ht h ei n c r e a s eo fn i t r a t ec o n c e n t r a t i o n si nt r e a t e dw a t e ro u to fm e m b r a n em o d u l e d u r i n gt h ea c t u a lo p r a t i o n ，t h en i t r a t ec o n c e n t r a t i o ni nt r e a t e dw a t e ro u to fm e m b r a n e m o d u l es h o u l dn o tb ev e r yl o w a tt h eb a s eo fm e e t i n gt h e s a n i t a r ys t a n d a r df o r d r i n k i n gw a t e r ) t h eh i g h e rn i t r a t ec o n c e n t r a t i o nc a np r e v e n tt h ec a r b o ns o u r c et o e n t e rt h et r e a t e dw a t e r ，w h i c hc a ns i m p l i f yt h ef o l l o w u pt r e a t m e n tp r o c 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ht h er a i s i n go fn i t r a t el o a d i n g , c a r b o n s o u r c ec o n c e n t r a t i o 惦i nr e a c t o r n i t r a t er e m o v a lr a t ea n dn i t r a t ec o n c e n t r a t i o ni n t r e a t e dw a t e ro u to f m e m b r a n em o d u l er a i s e ( 6 ) u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h es a m en i t r a t el o a d i n g , t h eh i g h e rn i t r a t ec o n c e n t r a t i o n i nt h ei n f l u e n t ，t h el a r g e rd e n i t r i f i c a t i o nr a t ea n dt h el o w e rn i t r a t ec o n c e n t r a t i o ni nt h e t r e a t e dw a t e r t h ei n n o v a t i o n so f t h i ss t u d ya r ea sf o l l o w ： ( 1 ) t h cp r o b l e mo fb l o c k i n gi so v e r c o m ei nt h eh o l l o wf i b e rm e m b r a n e 1 1 l e p r e t r e a t m e n t t ot h eu n t r e a t e dw a t e rc a n e f f e c t i v e l yp r e v e n t t h eb l o c kb y m i c r o o r g a n i s mg r o w t h t 1 l ee x p e r i m e n ts e t u ph a sb e e nf u n c t i o n i n gn o r m a l l yf o rt h e e x p e r i m e n tp e r i o do fm o r et h a nt w oy e a r s b e c a u s eo fs m a l ld i a m e t e ro ft h eh o l l o w f i b e rm e m b r a n e ，i th a sv e r yl a r g es p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dv e r yh i g hn i t r a t er e m o v a l r a t e o v e r c o m i n go ft h eb l o c k i n gi nt h eh o l l o wf i b e rm e m b r a n es e t t l e st h et e c h n i c a l h a r dn u ti na c t u a lo p r a t i o no ft h eh o l l o wf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o r , w h i c hm a d et h e h o l l o wf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o rt oh a v ev e r y h i g hv a l u eo f a c t u a lu s e ( 2 ) t h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f s o u r c ec a r b o nh a st h ee f f e c to nt h ec a r b o ns o u r c e c o n c e n t r a t i o ni nh o l l o wf i b e rm e m b r a n eb i o r e a c t o r r a i s i n gt h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o n o fc a r b o ns o u r c ec a l lm a k et h ei n t l u e n t 0 wo fc a r b o ns o u r c el o w e ra n dd e c r e a s et 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l o w f i b e rm e m b r a n e ；n i t r a t ei n g r o u n d w a t e r ；b i o l o g i c a ld e n i t r a f i e a t i o n ；t r e a t m e n to f d r i n k i n gw a t e r 萃取膜生物反应嚣去除地下水硝酸盐 0 前言 人饮用含高浓度硝酸盐饮用水后，其还原产物亚硝酸盐会危害人体健康，为 降低健康风险、提高饮水安全性、提高健康水平，包括我国在内的很多国家和组 织设定了饮用水中硝酸盐和亚硝酸盐浓度标准。由于地下水浊度低、水量丰富、 容易获取，在世界上许多地方，地下水都是一个重要的饮用水水源。在我国，特 别是我国农村地区更是直接将其作为饮用水。然而，目前地下水水质普遍受到了 不同程度的硝酸盐污染，而且近几年地下水中硝酸盐的浓度呈上升趋势。因此， 研究地下水硝酸盐去除技术，对保护人民群众的身体健康、发展我国的国民经济 具有重要意义。 本课题采用一种新型工艺一中空纤维膜萃取膜生物反应器用于去除地下水 硝酸盐，进行了碳氮比对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验、进水硝态氮 负荷在不同进水硝态氮浓度时对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验以及 已醇投加浓度对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验。本课题的主要创新之 处为： ( 1 ) 克服了中空纤维膜内的阻塞问题遥过采用紫外线对待处理水杀菌消 毒，有效地防止了中空纤维膜因微生物繁殖而引起的阻塞，在两年多的试验中运 行一直正常。由于中空纤维膜直径较小，反应器内可达到很高的膜比表面积，可 具有很高的硝酸盐去除速率，易于装置化，具有较高的实际应用价值，中空纤维 膜阻塞问题的克服，解决了中空纤维膜萃取膜生物反应器实际应用于地下水硝酸 盐去除的技术难题。 ( 2 ) 发现了碳源投加浓度影响萃取膜生物反应器内碳源浓度碳源投加浓 度提高会使得碳源的投加流量降低，因而排出反应器的碳源量减少、反应器内的 碳源浓度增加。相同的碳氮比，增加碳源投加浓度，可有效提高反应器内的碳源 浓度、加快萃取膜生物反应器的反硝化速率；或者保持相同的反应器内碳源浓度 ( 反硝化效果相同) ，提高碳源投加浓度可适当降低碳氮比，可节省碳源投加量、 降低成本。 ( 3 ) 找出了萃取膜生物反应器阻隔碳源( 已醇) 进入产品水的基本规律萃 镬 誊逢靼i“萝、d岔书丘j，嘎，蚶骨￥肆。 鼻 一v 一一 ，橐，急 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 取膜生物反应器的生物阻隔作用受反应器内的已醇浓度及膜组件出水中的硝酸 盐浓度两者的影响，膜组件出水中的已醇浓度随反应器内的已醇浓度提高而增 加，随膜组件出水中的硝酸盐浓度增加而减小。实际运行时膜组件出水硝态氮浓 度不宜过低，在满足饮用水水质卫生标准的前提下出水中应保持一定的硝态氮浓 度，以有效阻隔已醇等进入到出水中，简化后续处理。 本论文的结构安排如下。 第一章和第二章为文献综述。其中第一章主要介绍了地下水硝酸盐污染现状 及危害，第二章主要介绍了各种地下水硝酸盐去除方法。 第三章在综合分析现有各种地下水硝酸盐去除方法的特点的基础上，提出了 本研究课题，并确定了本课题的研究内容。 第四章介绍了本课题研究的有关试验方法与材料。 第五章至第七章为本研究课题的试验结果与分析。其中第五章内容为碳氮比 对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验，第六章内容为进水硝态氮负荷在不 同进水硝态氮浓度时对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验，第七章内容为 已醇投加浓度对萃取膜生物反应器反硝化效果的影响试验。 第八章为本研究的结论与展望。 2 t$0ii； 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 连! 垄塑直墓焦益薹挂捌直明 笪：查拦互空2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一二一兰竺三兰塑睦三墅! 一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签 签字日期加辟z 月厂日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师粹邳乏毡 签字日期。6 年 d 月1 日 电话： 邮编 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 1 地下水硝酸盐污染现状 、 氮是自然界广泛存在的基本元素之一，人类以及动植物的生长、生存都离不 开它。但是，氮在水环境中超标会对人类以及动、植物造成危害。因农业生产中 过量施用化肥、工业污水超标排放等造成的日益严重的地下水环境氮污染问题， 已引起国内外的广泛关注。 1 1 地下水中氮的循环及含氮物质的转化 7 地下水中存在三种氮污染物：氨铵、硝酸盐、亚硝酸盐，即常说的“三氮”。 地下水中“三氮”之间的循环转化过程的定性研究比较成熟( 见图1 2 ) ，n k n 进入包气带，经粘土矿物的固定、生物固定、氨挥发、淋滤、土壤颗粒的吸附等 作用后，其余部分在微生物作用下发生硝化作用转化为n 0 3 。- n ；硝化作用过程需 消耗氧气和碱度，p h 值的降低和升高以及氧气的减少，会减缓硝化作用的进行； n 仉- _ n 不稳定，易于变化，最终进入地下水的形式主要是n 0 。一n 。许多试验和现 场研究表明，n 儿+ - n 进入土壤后，在包气带土层的浅表层被迅速吸附而减少。在 不同土壤剖面上n i l - n 的起始浓度随土壤剖面深度的增加而下降，n 0 3 - - n 在地下 水中含量迅速增加，形成浅层地下水的n 0 3 - - n 污染。因而地下水中氮的主要存在 形式为硝酸盐。 下包气 图1 1 地下水中氮循环转化示意图 1 黪 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 崔俊芳( 2 0 0 4 ) 2 1 在莱西地区地下水系统硝酸盐污染过程的研究一文中 也指出地下水中氮的存在形式基本为硝态氮。 1 2 地下水硝酸盐污染的来源 地下水硝酸盐来源于过量使用氮肥、受污染地表水补给地下水、污水浇灌及 遭到破坏的生态环境引发的污染。 1 2 1 过量施用氮肥 有关资料表明，地下水n 0 3 - n 污染与氮肥施用量成线性关系【3 i 。自1 9 8 0 年 以来，我国化肥用量大约以每年1 5 0 万吨的速度增加，至1 9 9 8 年全国化肥用量 已达4 0 8 5 万吨，其中氮肥用量达2 2 3 9 5 万吨，已成为世界上使用量最多的国家。 全国耕地平均施氮肥量为2 2 4 8 k g h m 2 ，其中耕地每公顷施氮量超过国际上公认 的上限2 2 5 k g h m2 的有1 7 个省市，有4 省市平均超过4 0 0 k g h m 2 。由于氮肥用量 的增加，导致我国氮肥的利用率较低，仅3 0 3 5 左右，有些蔬菜地的氮肥利用 率则更低。过量施肥和较低的肥料利用率导致大量氮素损失，导致农田地下水的 污染。 1 2 2 污水排放及灌溉 我国城市历史悠久而下水道极不完善，城市污水处理厂数量少，处理能力有 限，渗井渗坑任意排放污水严重。某些城市由于水源缺乏，过量开采，造成地下 水位大幅度下降，出现大面积的漏斗，扩大了硝化作用地带，引起地下水硝酸盐 污染。随着地下水水位下降，农灌成本增加，农民就地取源使用达不到灌溉标准 的污染水源浇地，增加了土壤污染负荷，进而对地下水产生污染。 1 2 3 生态系统破坏 随着人口的增长，人均耕地面积减少，环境污染加重，植被破坏惊人，造成 水土流失，土地沙化，从而生态失去平衡。土壤中的抑制作用被解除，硝化作用 加强，j m m e l i l l ( 1 9 7 9 ) 研究，森林系统遭到破坏后，森林土壤中的硝酸盐损失， 譬如在h u b b a r d b m o k 林区，植被毁掉后，硝酸盐氮损失达1 2 5 5 k g h a ，而对照 2 ll#h+ 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 区仅为2 0 k g h a 。大量的硝酸盐损失，污染浅层地下水及地面水1 4 l 。 1 3 我国地下水硝酸盐氮污染现状 从我国地下水监测结果分析表明：“三氮”污染具有普遍性，而且有上升趋 势。例如：据太湖流域调查嘲，苏、浙、沪二省一市1 6 个县内7 6 个饮用井水硝 态氮和亚硝态氮的超标率( 以地下水质量标准为硝态氮一 7 0 时则会发生窒息现象。且亚硝酸盐经水煮沸后还可造成浓 缩，其危害程度更大1 7 l o 硝酸盐还能与次级胺结合形成强致癌物质亚硝胺，从而诱发动物的消化道系 统癌变，对人体也有强致癌作用，并能导致畸胎。其过程如图1 3 所示。 硝酸盐还会对家畜、生物及农作物产生危害。饲料作物从土壤与水中吸收并 积累大量的硝酸盐后，在适当的条件下，能释放出有毒0 0 - 氧化氮等气体，浓度 高时可毒死家畜、牲畜。水体中氮含量增高，造成水体富营养化，水体质量下降， 使大量鱼虾死亡。由于硝酸盐的污染，“肥水井”现象不断增加，作物从井灌水 吸收过量的硝酸盐后，在植物体内积累，引起作物的病、虫、害，并影响作物质 量，从而间接影响人体健康。 日本，英国、智利、哥伦比亚，均报道过亚硝酸盐、硝酸盐与胃癌发病率的 相关性大8 1 ；英格兰沃尔克索谱城的自来水中n o z - n 为9 0 m g l ，该城市的胃癌 发病率比对照城市要高2 5 1 4 1 ；美国发现饮水中高含量的硝酸盐与高血压发病率 之间有关系9 1 。因此，地下水中的硝酸盐及亚硝酸盐氮已成为水质评价的主要因 子，各国都有严格的标准。 6 ；j奠一 。 一一 萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐 氆酸歪愿苴 硝酸盐亚硝酸盐 0 2 血红蛋白( f e 2 + ) + 氧化血红蛋白 l 上亚硝酸盐 红色( 正常) 一 高铁血红蛋白( f e 3 + ) ( 褐色，不能带氧) r c h 2 n 。i + 巩一rc h ：= 。亚硝胺r c h ，7 图1 3 亚硝酸盐对人体作用示意图 1 5 饮用水水质硝态氮、亚硝态氮指标 由于人饮用含高浓度硝酸盐水后，其还原产物亚硝酸盐会危害人体健康，为 降低健康风险、提高饮水安全性，保障人类身体健康、提高健康水平，包括我国 在内的很多国家和组织对饮用水中硝态氮、亚硝态氮浓度制定了严格的控制标 准。世界卫生组织与欧共体制定的饮用水水质标准规定：n 0 3 - n 1 1 3 m g l ， n 0 2 - n 0 0 3 m g l ：美国环境保护局( u s e p a ) 制定的饮用水水质标准规定： n 0 3 - n 1 0 m g l ，n 0 2 n 1 0 r a g l ；我国饮用水水质标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 5 ) 规 定：n 0 3 - n 一1 0 m g 1 , ( 水源限制时一 2 0 m g l ) 。 由于地下水浊度低、水量丰富、容易获取，在世界上许多地方，地下水都是 一个重要的饮用水水源。在我国，特别是我国农村地区更是直接将其作为饮用水。 然