水資源是人類生存､發(fā)展不可或缺的重要部分，它關(guān)系著整個社會的發(fā)展與前進。地球上的淡水資源僅占全球水量的4.9%，其中地下水占淡水資源的30%。而我國以地下水為主要飲用水源的人口占總?cè)丝诘?0%[1]。近年來，隨著我國工業(yè)化進程的推進，大量的生活污水和工業(yè)廢水排放到水源中，使污染物濃度不斷上升，通過滲濾作用導(dǎo)致地下水中污染物濃度升高。在我國，地下水硝酸鹽污染已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，一些農(nóng)村地區(qū)甚至超過了130mgNO-3-N/L[2]。目前，我國大約有3500萬人在飲用受到硝酸鹽污染的水，而且東北､西北､華北地區(qū)硝酸鹽的污染已經(jīng)十分嚴(yán)重[3]。飲用受到硝酸鹽污染的地下水，會對人體的健康造成很大危害，如高鐵血紅蛋白癥，癌癥[4]等。為確保居民飲用水安全，世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定了地下水飲用標(biāo)準(zhǔn)為10mgNO-3-N/L，我國規(guī)定飲用地下水源的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)為20mgNO-3-N/L(GB/T14848-93)。

　　目前，國內(nèi)外治理地下水硝酸鹽污染的技術(shù)主要有異位修復(fù)技術(shù)和原位修復(fù)技術(shù)[5，6]，由于原位修復(fù)技術(shù)具有處理費用低廉，污染物暴露率低，環(huán)境擾動性小等優(yōu)點，已經(jīng)成為一種很有前景的地下水污染修復(fù)技術(shù)，其中可滲透反應(yīng)墻技術(shù)(permeablereactivebarrier，PRB)[7]應(yīng)用最為廣泛。在PRB技術(shù)中，生物反硝化技術(shù)由于其經(jīng)濟高效的特點，越來越受到人們的青睞[8]。但是地下水中的有機碳含量較低，不足以支持生物反硝化的進行，所以需要在反硝化過程中投加外部碳源。目前，常用的碳源主要有液相碳源和固相碳源2種。液相碳源主要有乙醇､乙酸鈉､甲醇等[9-11]。但是，液相碳源具有不可控性，易造成二次污染，而且其后期的運行和維護也比較困難。因此，近年來固相碳源反硝化技術(shù)漸進入人們的視野，固相碳源既可作為生物反硝化的電子供體，也可作為微生物的載體，而且固相碳源可控性好，利于系統(tǒng)后期的穩(wěn)定運行。固相碳源主要有棉花､紙､可生物降解的聚合物､玉米芯等[12-15]。由于我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量很高，而一部分農(nóng)業(yè)廢棄物可作為固相碳源使用，這樣既減少了對環(huán)境的危害，又可充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物的剩余價值。

　　本研究采用3%氫氧化鈉溶液和4%氨水預(yù)處理的玉米稈和玉米芯作為碳源，以未處理的玉米稈和玉米芯作為對照，分析其釋碳性能和在不同氮負荷下的脫氮效果，優(yōu)選出合適的碳源，進行地下水原位凈化模擬實驗，以期為生物反硝化工藝在原位修復(fù)工程的實際應(yīng)用中提供技術(shù)參考。

　　1 材料和方法

　　1.1 實驗材料

　　(1)碳源。本實驗在天津薊縣農(nóng)村進行，玉米稈和玉米芯均取自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶農(nóng)田，為當(dāng)年成熟植株，品種為華農(nóng)118號。玉米稈取用整株玉米稈的中間部位，玉米芯取用去除玉米粒后的整個玉米芯。玉米稈和玉米芯在使用前去除枯葉，莖稈剪成2~3cm長的小段，分別用3%氫氧化鈉溶液和4%氨水浸泡24h，然后用流水沖洗干凈，使其不殘留NaOH和氨。本文中，未處理的玉米稈和玉米芯簡稱為玉米稈和玉米芯，用氫氧化鈉溶液預(yù)處理過的玉米稈和玉米芯簡稱為NaOH玉米稈和NaOH玉米芯，用氨水預(yù)處理過的玉米稈和玉米芯簡稱為氨水玉米稈和氨水玉米芯。

　　(2)實驗用水。靜態(tài)實驗用水由KNO3､K2HPO4 和KH2PO4 配置而成，使N/P為6∶1，K2HPO4 和KH2PO4 作為pH緩沖劑，使pH保持在7.0左右，地下水原位凈化模擬實驗用水抽取自天津薊縣的地下水。

　　(3)接種污泥。實驗所用的接種污泥取自北京清河污水處理廠，然后對接種污泥進行反硝化菌富集培養(yǎng)一個月，每3d換一次培養(yǎng)液。培養(yǎng)液主要成分為C6H12 O6 0.1562 g/L;KNO3 0.37 g/L;KH2PO40.044g/L;CH3OH320μL/L。污泥富集培養(yǎng)后，污泥濃度(MLSS)和污泥容積指數(shù)(SVI)分別為2817mg/L和102mL/g。

　　1.2 實驗裝置

　　靜態(tài)釋放實驗和反硝化實驗的反應(yīng)器均為500mL的錐形瓶，瓶口用橡膠塞密封，橡膠塞上打有排氣孔和取樣孔。

　　地下水原位凈化模擬實驗裝置見圖1。該模擬裝置由配水池､蠕動泵､進水槽､含水層介質(zhì)､PRB反應(yīng)墻､出水槽､循環(huán)水槽等組成。模擬裝置為長方體，長×寬×高為160cm×40cm×50cm，由玻璃鋼制成。整個模擬裝置通過蠕動泵來調(diào)節(jié)進水量。在整個裝置的外面有一層循環(huán)水槽，該水槽中的水是直接抽取地下水，循環(huán)保溫，以確保模擬實驗槽溫度與地下水溫度相一致。

　　1.3 實驗方法

　　1.3.1 靜態(tài)釋放實驗

　　CODMn靜態(tài)釋放實驗:分別取玉米稈､NaOH玉米稈､氨水玉米稈､玉米芯､NaOH玉米芯､氨水玉米芯5g(干重)，放入到6個500mL的錐形瓶，每個錐形瓶加入500mL的去離子水，放置在20℃的培養(yǎng)箱中，每隔2d取樣測定CODMn､pH并重新?lián)Q水，考察其碳釋放特性。

　　氮靜態(tài)釋放實驗:與CODMn靜態(tài)釋放實驗相同的裝置，每隔3d取樣測定NO-3 N､NO-2-N､NH+4-N､pH，不重新?lián)Q水，分析其釋放氮污染物的特性。

　　1.3.2 反硝化靜態(tài)實驗

　　分別取玉米桿､NaOH玉米桿､氨水玉米桿､玉米芯､NaOH玉米芯､氨水玉米芯5g(干重)，放入到6個500mL的錐形瓶，每個錐形瓶加入450mL的去離子水和20mL接種污泥，放置在20℃的培養(yǎng)箱中，每天取樣測定NO-3-N､NO-2-N､NH+4-N､pH。根究我國地下水硝酸鹽污染程度不同，靜態(tài)反硝化實驗共做3組，分為低､中､高污染濃度進行實驗，相對應(yīng)的將硝酸鹽起始濃度分別設(shè)置為30､80和150mg/L。每組實驗設(shè)置一個平行實驗，將實驗結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)分析，得出各平行實驗數(shù)據(jù)的偏差均小于1.5mg/L，故取平行實驗的算數(shù)平均值進行分析。具體參見http://szhmdq.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　1.3.3 地下水原位模擬實驗將250g(干重)NaOH玉米稈和150mL接種污泥放置在PRB反應(yīng)墻中，含水層介質(zhì)使用孔隙率為35%的沙子填充。實驗開始前，先用自來水對整個實驗裝置預(yù)沖洗5h，以消除沙子本身的影響。通過抽水泵將地下水抽取到地面配水池中，然后添加KNO3 配制成30mgNO-3-N/L的實驗用水。用水泵向循環(huán)水槽中注入地下水，保證整個模擬裝置與地下水的溫度相一致。

　　本實驗，首先考察了靜態(tài)條件下的硝酸鹽去除效果。實驗時，將實驗用水加注至砂濾層頂面。每3d取樣測定NO-3-N､NO-2-N､NH+4-N､CODMn､TN､pH､DO。
詳情請下載：玉米稈碳源去除地下水硝酸鹽