地下水氮污染机理及控制措施.doc

地下水氮污染机理及控制措施地下水氮污染机理及控制措施目录1 我国地下水氮污染现状32 地下水氮污染途径分析32.1 通过包气带渗入32.2 地表水侧向渗入32.3 灌溉入渗33 氮的转化机理分析44 脱氮技术54.1 物理化学法54.1.1 电渗析54.1.2 反渗透54.1.3 离子交换法54.2 化学方法64.3 生物脱氮法64.3.1 原位生物修复技术64.3.2 异位生物修复技术75 结语7参考文献：81 我国地下水氮污染现状地下水作为人类生存空间的重要组成部分,为人类提供了优质的淡水资源。但是,随着我国环境污染的日趋严重,主要的氮化合物为离子态的氨(NH4+-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、硝酸盐氮(NO3-N)的三氮污染在地下水环境中尤为显著。地下水本身定循环更新速度慢,一旦受到某些物质污染则难以治理。三氮污染尤其是硝酸盐污染与人类健康和生态系统密切相关,正受到人们广泛的关注。我国的饮用水卫生标准规定，以地下水作为饮用水时，每升水中的硝酸盐氮不应超过20毫克。世界卫生组织、欧盟和美国则规定，这一数值不应超过10毫克。即使按低标准衡量，我国地下水硝酸盐超标的地区仍然很多，如北京、西安、沈阳、兰州、银川、呼和浩特等北方城市均有大面积超标区，有的地区超标倍数高达45倍。北京市约有1/4的地下水硝酸盐超标。2 地下水氮污染途径分析2.1 通过包气带渗入农田使用的氮肥，除一部分被植物吸收外，剩余部分残留在土壤里，在降水时，随雨水渗入地下污染地下水。污染程度与渗水量多少、包气带岩性的厚度和土壤性质等因素有关。2.2 地表水侧向渗入生活污水和工业废水排入河道，不仅污染地表水，而且污染了的地表水又成为地下水的污染源。降雨时农田径流带入地表水体的氮化物占各种活动排放入水体氮素的51%，施氮肥地区氮素的流失比不施地区高310倍。通过河道侧向补给地下水的水源具有较高的含氮量，必然影响地下水水质。污染的地表水要通过含水层中一段距离的渗透才能到达水源地。在渗透过程中，地表水中所含污染物通过土层的自净作用，浓度有所降低。地表水侧向渗入污染的特征是：污染影响仅限于地表水体的附近，呈带状或环状分布，污染程度取决于地表水污染程度、河道沿岸地质结构、水动力条件以及距岸边的距离。2.3 灌溉入渗利用地下水进行灌溉，使土壤中残留的氮化物随水渗入地下污染地下水。利用污水进行灌溉，不仅把残留在土壤中的氮及其污染物带入地下，同时污水本身的污染物也渗入地下，造成双重污染。3 氮的转化机理分析地下水氮的转化直接影响氮在地下水中的积累，硝酸盐是地下水中氮的主要形态，亚硝酸盐既可以是硝化作用的产物，又可以是硝酸盐反硝化作用的中间产物，在溶液中很不稳定，氨在地下水中背景含量一般甚少。地下水的氧化还原体系较复杂，主要由氧、硫、铁、锰等氧化还原体系所决定，铁多以Fe2+为主，锰多以Mn2+为主。含Fe2+等还原性物质的地下水中，溶解氧偏低，处于厌氧环境。当单井地下水存在一系列还原性的物质，如Fe2+、Mn2+、H2S、CH4(有机质分解)等物质，这类地下水中NO3-不会大量积累。氮类物质转化机理过程见图1。图1 硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮转化机理示意图含有上述还原性物质的地下水对地表渗入的NO3-不断进行还原作用（反硝化作用），反硝化过程使地下水中的硝酸盐含量降低。反硝化作用使溶液中离子态NO3-、NO2-被还原为气态NH3、N2O、N2。NH3水解成NH4+离子，在含还原性物质的地下水中NH4+含量相对较高。中间产物的NO2-是极不稳定的，在还原条件下可还原为NH3和N2O、N2，在氧化条件下可转化为NO3-。NO3-在还原条件下可被还原为NO2-。在少数还原性水体中，由于NO3-污染，水体氮的转化还没达到动态的反硝化平衡，可能导致NO3-含量在地下水中暂时异常过高，出现污染现象。在少数氧化性水体中，由于NO2-或NH4+直接污染，水体氮的转化还没达到动态的硝化平衡，导致NO2-或NH4+含量在地下水中暂时异常过高，出现污染现象。4 脱氮技术一些成熟技术,如离子交换法、沸石交换法、生物膜处理法、浮选生物处理法等,已经在地表水三氮处理中很好应用,并取得良好的治理成效。长久以来,对转化和去除地下污水中的氮,人们进行了大量的工作,运用了各种可行的方法,主要方法有:物理法、化学法、离子交换法、人工湿地法、生物法及它们之间的组合。工程技术方法方面,有抽取深部NO3-N浓度低的水混合、隔离抽出NO3-N浓度高的地下水。现阶段主要有物理化学法、化学法、生物脱氮法三种处理三氮污染的方法。 4.1 物理化学法4.1.1 电渗析电渗析是一种较新的膜处理方法,原水通过交替阴阳离子的选择透过性,在直流电场中, NO3-通过膜孔与水分离,进入高浓度盐水一侧,从而使得NO3-得以去除。此方法较复杂不常用。4.1.2 反渗透反渗透是另一种膜法水处理技术,利用压力使原水通过半透膜,只有水分子能穿过半透膜,其它溶质分子则被截留。反渗透对硝酸根离子无选择性,在去除硝酸盐的同时也去除了其它无机盐,因此反渗透法会降低出水的矿化度。4.1.3 离子交换法强碱性树脂床处理的水的离子交换法,水中的硝酸根与氯离子或重碳酸根交换。同时树脂不但不会向被处理水中释放有毒物质,还能吸附水中的微污染物。目前,离子交换工艺已成为饮用水脱硝的主要手段之一。这种强碱性阴离子交换树脂净化地下水三氮的方法,其特征在于以下步骤:吸附:将温度为3060,经过滤处理的污染地下水,流经充填有强碱性阴离子交换树脂的树脂床,树脂吸附地下水中的热稳态阴离子,使地下水得到净化;再生:待所述树脂床中的树脂吸附饱和后,用碱金属氢氧化物水溶液冲洗所述树脂床,使所述树脂床中的树脂得到再生而基本恢复吸附能力,如图2所示。研究表明部分再生(60%)比完全再生(95%)更为经济。这样,可以循环利用树脂来去除三氮污染物。离子交换工艺适合于中小城市使用,有效治理地下饮用水等污染,目前国外已有多座离子交换脱氮厂投入运行。图2 强碱性阴离子交换树脂净化地下水三氮4.2 化学方法化学方法是一种比较经济的去除地下水中硝酸盐的方法,现阶段主要利用铁离子和铝的粉末去除水体中的硝酸盐。硝酸盐氮在铁、铝粉表面发生氧化-还原反应,与其金属粉可接触面积是影响反应的一个重要因素,增大接触面积,可以提高硝酸盐氮的去除率,在固定粒径时,铁、铝粉的加入量与去除率应有直接关系。 水中天然存在的矿化度、总硬度、微生物群系以及氟化物、氯酸盐等多种因素可能会对反应带来影响,也会使铁、铝粉表面生成的钝化膜存在着结构和组成上的差异,干扰反应的进程。因此,在做金属还原除氮时,应仔细分析地下水所含有干扰性的阴阳离子,以便高效率的去除三氮污染物。硝酸盐的还原产物可能是NO2-、NH3(NH4+)、N2,而前两种副产物在饮用水中是不希望出现的。这也正是化学方法难以在去除饮用水硝酸盐领域中得到广泛应用的最大限制条件。以铝、铁作还原剂时,去除效果最高可达到75%左右,主要以CH4+-N转化为NO3-N,少量的NO3-N转化为NO2-N,具体的反应条件因原水水质条件的不同而不同,需通过实验予以确定。4.3 生物脱氮法4.3.1 原位生物修复技术原位生物修复技术主要是用溶解有机碳如甲醇、乙醇、乙酸钠等及易氧化的固相有机碳如锯屑、草秸等来充当碳源,加上微生物的反硝化作用来达到去除水中硝酸盐氮的目的,同时可以要地上利用反应器去脱去硝酸盐,然后将处理过的水回灌。该技术对地下污染进行处理比采用将污染水抽出来后再处理的方法耗时少,所需费用也较低,处理的污染范围比其它方法大,通常要驯化一些微生物,污染物的毒性有时会抑制原有微生物的活性,注入井由于投加营养物质时会被过度生长的微生物所堵塞。对于渗透性较差的含水层实施起来有较大困难。4.3.2 异位生物修复技术异位生物脱氮技术可根据微生物所需碳源不同,分为异养生物脱氮技术和自养生物脱氮技术。异养生物脱氮技术是以有机物(甲醇、乙醇、醋酸等)为反硝化基质。自养型生物脱氮法不需向水体中投加有机碳源,目前还处在试验研究阶段。在彻底消除地下水中硝酸盐污染和降低脱硝成本2个方面 ,生物反硝化方法是目前已投入实用的最好方法,具有高效低耗特点,但是生物方法仍有缺点:低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术;会导致出水中含有细菌和残留有机物,必须进行后处理保证饮用水质的安全性;反硝化速度慢、所需要反应器体积庞大、建设费用高;工艺复杂,运行管理要求较高,不适合用于小型或分散给水处理。5 结语我国地下水“三氮”污染呈逐渐增加的趋势,部分地区已经不适合饮用,今后的污染有进一步扩大的可能。地下水中硝酸盐氮的修复与去除将是我国地下水污染防治工作的一项长期而艰巨的任务。为了保护作为主要饮用水源之一的地下水,必需开展地下水污染防治工作。这是地下水污染防治的重要意义之一。根据地下水三氮污染的现状, 我们可以从两个方面入手, 来缓解当前的环境问题: 解决三氮的来源,制定相关的法律法规, 严格控制工业、生活的污水排放。新建和完善废水排污管网, 对污水进行脱氮处理后再排放。对于农业上所使用的农药, 可以用绿色的有机含氮肥料来代替, 或是种一些豆类植物, 让其根部来提供氮元素。无论是物理、化学、还是生物脱氮方法, 都具有它自身的限制条件。应该将他们综合起来, 研制一种新型综合脱氮技术。它不仅在复杂的条件下可以进行, 而且可以提高脱氮的效率。这样不但弥补了三种方法之间的不足, 而且能够更好地发挥他们在去除三氮时的优势。控制地下水氮污染,不仅需要进行地下水氮污染修复技术的研究和推广应用,更需要对产生氮污染的人为来源加强控制,抑制对地下水的进一步污染。1、在你发怒的时候，要紧闭你的嘴，免得增加你的怒气。苏格拉底2、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。3、生活中若没有朋友，就像生活中没有阳光一样。4、明天的希望会让我们忘了今天的痛苦。5、生活若剥去了理想、梦想、幻想，那生命便只是一堆空架子。6、发光并非太阳的专利，你也可以发光，真的。7、愚者用肉体监视心灵，智者用心灵监视肉体。8、获致幸福的不二法门是珍视你所拥有的、遗忘你所没有的。9、贪婪是最真实的贫穷，满足是最真实的财富。10、你可以用爱得到全世界，你也可以用恨失去全世界。11、人的价值，在遭受诱惑的一瞬间被决定。12、年轻是我们唯一拥有权利去编织梦想的时光。13、青春一经“典当”，永不再赎。14、没有了爱的语言，所有的文字都是乏味的。15、真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。17、人一旦觉悟，就会放弃追寻身外之物，而开始追寻内心世界的真正财富。18、只要有信心，人永远不会挫败。19、不论你在什么时候开始，重要的是开始之后就不要停止。20、不论你在什么时候结束，重要的是结束之后就不要悔恨。21、人若软弱就是自己最大的敌人。22、人若勇敢就是自己最好的朋友。23、“不可能”只存在于蠢人的字典里。24、抱最大的希望，为最大的努力，做最坏的打算。25、家！甜蜜的家！天下最美好的莫过于家！26、游手好闲会使人心智生锈。27、每一件事都要用多方面的角度来看它。28、有理想在的地方，地狱就是天堂。29、有希望在的地方，痛苦也成欢乐。31、所有的失败，与失去自己的失败比起来，更是微不足道。32、上帝从不埋怨人们的愚昧，人们却埋怨上帝的不公。33、美好的生命应该充满期待、惊喜和感激。34、世上最累人的事，莫过于虚伪的过日子。35、觉得自己做的到和做不到，其实只在一念之间。36、第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力的。37、少一点预设的期待，那份对人的关怀会更自在。38、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。39、人只要不失去方向，就不会失去自己。40、如果你曾歌颂黎明，那么也请你拥抱黑夜。41、问候不一定要慎重其事，但一定要真诚感人。42、未经一番寒彻骨，哪得梅花扑鼻香。43、当你能飞的时候就不要放弃飞。44、当你能梦的时候就不要放弃梦。46、生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。47、天才是百分之一的灵感加上百分之九十九的努力。48、人总是珍惜未得到的，而遗忘了所拥有的。49、快乐要懂得分享，才能加倍的快乐。50、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。51、一个今天胜过两个明天。52、要铭记在心：每天都是一年中最美好的日子。53、乐观者在灾祸中看到机会，悲观者在机会中看到灾祸。54、有勇气并不表示恐惧不存在，而是敢面对恐惧、克服恐惧。55、肯承认错误则错已改了一半。56、明天是世上增值最快的一块土地，因它充满了希望。57、理想的路总是为有信心的人预备着。58、所有欺骗中，自欺是最为严重的。59、人生最大的错误是不断担心会犯错。61、经验是由痛苦中粹取出来的。62、用最少的悔恨面对过去。63、用最少的浪费面对现在。64、用最多的梦想面对未来。65、快乐不是因为拥有的多而是计较的少。66、你的选择是做或不做，做不一定会成功，但不做就永远不会有机会。67、如你想要拥有完美无暇的友谊，可能一辈子找不到朋友。68、不如意的时候不要尽往悲伤里钻，想想有笑声的日子吧！69、把自己当傻瓜，不懂就问，你会学的更多。70、要纠正别人之前，先反省自己有没有犯错。71、因害怕失败而不敢放手一搏，永远不会成功。72、要克服生活的焦虑和沮丧，得先学会做自己的主人。73、你不能左右天气，但你能转变你的心情。74、孤单寂寞与被遗弃感是最可怕的贫穷。76、漫无目的的生活就像出海航行而没有指南针。77、好好扮演自己的角色，做自己该做的事。78、一切伟大的行动和思想，都有一个微不足道的开始。79、得意时应善待他人，因为你失意时会需要他们。80、学做任何事得按部就班，急不得。81