德阳市地下水“三氮”特征和硝酸盐降解研究

发布时间：2020-05-25 22:43

【摘要】：德阳市生活用水和工业生产均依赖于地下水,不合理的开采和地表污染物的入渗已经导致多处地下水出现“三氮”超标现象。本文研究区为平原区和丘陵区,基于研究区域地质、水文地质等资料和124组地下水水样(平原区78组、丘陵区46组),采用水文地质学、Piper三线图、克里金插值法、Mapgis、相关性分析等技术方法对研究区地下水“三氮”特征进行了分析,针对丘陵区高浓度硝酸盐污染的地下水提出了可渗透生物反应地质体(PBRGB)的治理方法,并验证其可行性。得到的主要成果如下:(1)平原区地下水化学类型以HCO_3-Ca、HCO_3-Ca·Mg、HCO_3·SO_4-Ca·Mg、HCO_3·Cl-Ca·Mg为主,污染源类型以石油化工类为主;丘陵区地下水化学类型以HCO_3-Ca为主,污染源以农林牧渔(养殖)类为主。研究区内地下水“三氮”主要成分为硝酸盐。(2)平原区亚硝酸盐典型成因:特殊的地下水化学条件下,反硝化作用的不完全进行造成局部地区亚硝酸盐累积;丘陵区硝酸盐典型成因:硝酸盐来源于农林牧渔(养殖)类污染源,含水层水化学条件不利于反硝化作用的进行。(3)研究区水样氨氮指标全部达标,平原区硝酸盐和亚硝酸盐超标面积分别约6.56 km~2、147.61 km~2,丘陵区硝酸盐和亚硝酸盐超标面积分别约479.90 km~2、147.61 km~2,部分地区硝酸盐浓度超过100 mg/L,需治理。(4)PBRGB的反应介质中,以废弃农作物为原料的固相碳源释碳性能良好稳定、“三氮”释放量极低,水中溶解氧被大量消耗,并调节出水pH和ORP,是一种理想的固相碳源;零价铁还原性较强,出水氨氮和亚硝酸盐累积量较高,出水pH偏碱性,不宜单独使用;活性碳与零价铁组成的铁碳微电极可优化体系性能,表现为硝酸盐去除率上升、氨氮和亚硝酸盐累积量降低。(5)PBRGB降解丘陵区高浓度硝酸盐污染的地下水是可行的。填料质量配比零价铁:石英砂:活性碳:固相碳源=1:1:0.1:0.05,初始硝酸盐浓度约100 mg/L,进水流量约8 L/d,沿程高度40 cm时,出水硝酸盐浓度范围12.36~18.73 mg/L,达到《地下水质量标准》III类水标准,平均去除率83.70%,出水pH和ORP均在理论最佳范围内。
【图文】：

示意图,氮循环,自然界,示意图

1.2.1 自然界中的氮循环自然界中的氮循环是一个十分复杂的地球化学过程，受众多因素的影响，如大气降水分布、气候、地形、土壤类型、氧化还原条件、补径排关系、含水层岩性、污染源类型等。图 1-2 为自然界氮循环概况。（1）地表氮素累积地下水中的“三氮”绝大部分来源于地面，其中农业活动是地下水硝酸盐污染的主要来源。据估算，英国地表水和地下水中 70%~80%的硝酸盐直接或间接来源于农业活动（Defra et al，，2002），此外生活污水、垃圾渗滤液、化粪池和污水池泄漏、工业废水等均有可能是地下水“三氮”的来源，其中滥用氮肥是主要来源（Jiao et al，2017; Collins et al，2017）。受污染的地表水体、防渗性能差的化粪池、滥用氮肥的农业用地，这些地面累积的氮素可能会随着大气降水和地表水补给地下水的方式迁移至含水层中。工业含氮废气排放至大气中，经过凝结或大气降水转移至地面或地表水体，在一定条件下通过地下水的补给入渗至含水层。

相图,氨氮,游离态,游离氨

下：322324NO +5C+2HO →2N+4HCO+CO 异养反硝化（1化链：NO(aq)NO(aq)NO(g)NO(g)N(g)3222→→→→ （1氧氨氧化作用氨氧化作用在湿地环境中较为常见，在厌氧条件下，氨氮以-3NO或受体在微生物的作用下反应生成氮气。其生化反应式简化如下：NHHNON2HO3222+ →+自养反硝化（12NHHNO1.5N3HO[H]3322+ →++自养反硝化（1-的挥发作用浓度氨氮污水中易发生游离氨（ NHHO32 ）的挥发作用，游离氨HOH4 +）的转化相图见图 1-3，pH 越高，游离氨所占比例越大，作用。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X523

【参考文献】