地下水硝酸盐污染研究综述

汇报人：黄羽11级环境工程硕士1.地下水中硝酸盐污染现状及途径2.地下水中硝酸盐污染的控制对策3.地下水中硝酸盐污染的去除技术4.小结与展望地下水资源作为人类生存空间的重要组成部分，不仅在数量上具有举足轻重的地位，而且还具有水质好、分布广泛、便于就地开采利用等优点，一直是重要的饮用水水源之一，尤其是对于城市郊县和农村地区的用水。在可以利用且数量有限的淡水中，大约有70%贮藏在地下。地表水水源受到普遍污染的今天，对地下水的依赖程度将继续增加。全国水平均资源（亿立方米/年）28000地下水资源所占量（亿立方米/年）870019300可直接开发的地下水资源（亿立方米/年）2900580019300近年来由于地表生态环境的破坏和污染，硝酸盐污染问题越来越严重，人若饮用了含高浓度硝酸盐氮的地下水后，会因缺氧而患高铁血红蛋白症，严重的可致死亡，另外水中硝酸盐还有致癌的危险。地下水中大量的硝酸盐氮主要来源于居民生活污水与垃圾粪便、化肥、工业废水、大气氮氧化合物干湿沉降以及污水灌溉等首先要切断污染源，然后对大面积被硝酸盐污染的地下水进行处理，主要考虑以下几个方面：•以防为主，加强管理•加强对地下水源和污染区的保护和管理•合理施肥，控制污灌原位修复法根据去除场所异位修复法（反应器处理技术）生物法根据硝酸盐的物理化学法去除机理化学法原位修复法：原位处理是指利用被污染的场所作为根据脱氮反应体系净化污染场所的方法，是电子一种运行费用低、操作简便的方法，但供体必须对地下水的水质情况、水动力系统不同和有关的水文地质资料有一定的掌握。可渗透反应墙吸附法根据向地根据反应下水中投液体注入技术机理不同化学还原法加物质形（生物法）态气体注入技术生物法自养法异养法原位生物脱氮技术：原位生物修复过程主要依赖于地下水体中的反硝化细菌和人为创造的促进反硝化反应的条件。目前研究认为，地下水体中的反硝化作用通常发生在厌氧或半厌氧，并含足够溶解有机碳的水体环境中。通常水体中有机碳的补充方式有：双井系统、群井系统及综合系统，它们利用一个井或多个井把含有营养物质的溶液注入到含水层中促使其中微生物活性增加，达到去除地下水污染物的目的。另外反硝化菌还可能利用环境中存在的易氧化的固相有机碳进行反硝化作用。因此可以将自然界中含有固相有机碳的材料，如锯屑、草秸等构筑成多孔渗水处理墙放置于垂直于污染地区的地下水流方向的水体中。这些含有有机碳的材料可以为反硝化细菌创造厌养环境并提供碳源。地下水中的硝酸盐氮流经脱氮墙时，通过生物和化学作用被去除掉。可渗透反应墙（PRB，permeablereactivebarrier）PRB是地下水原位修复的主要技术。PRB系统含有一个装有反应材料的原位处理区，当地下水中的污染组分流经该处理区时能够被降解或固定，从而达到去除污染物的目的。根据PRB对硝酸盐的去除原理不同，可分为吸附型PRB、化学还原型PRB、生物型PRB等多种类型。异位生物脱氮技术：根据细菌所需碳源不同，异位生物脱氮技术可以分为自养生物脱氮技术和异养生物脱氮技术。1.自养生物脱氮技术自养生物脱氮技术利用无机碳源，以氢或硫及硫的化合物为主要的电子供体，分为氢自养反硝化和硫自养反硝化。2.异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，这类方法比自养反硝化技术反硝化速度快，单位体积反应器的处理量大。但是如果投加的有机基质不足，则易导致水中亚硝酸盐氮的积累，若投加的基质过量，则残留的有机基质带来二次污染。而且外部投加有机基质，大大的增加了处理的费用。以醋酸盐作为有机营养物时：物理化学修复技术：利用物理化学修复技术去除地下水中的硝酸盐的方法主要有蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换法等。常规的离子交换法用盐酸和氢氧化钠对树脂进行预处理，然后用浓NaCl溶液再生，树脂再生效率较低，再生频繁，再生过程中产生大量废液，所需费用过高，且不能选择性地去除硝酸盐。化学修复技术化学修复技术主要是利用还原剂将硝酸盐氮还原，根据采用的不同还原剂可以分为活泼金属还原法和催化还原法。前者是以铁、铝、锌等金属单质为还原剂，后者以氢气以及甲酸、甲醇等为还原剂，一般都必须有催化剂存在才能使反应进行。活泼金属还原法：1.Fe粉在无氧、酸性条件下，Fe粉在硝酸盐溶液中可能发生的反应：Fe+2H3O+=Fe2++H2+2H2ONO3-+Fe+2H3O+=Fe2++NO2-+3H2O5Fe+2NO3-+12H3O+=5Fe2++N2+18H2ONO3-+6H2O+8e-=NH3+9OH-2.Al粉铝粉化学反硝化法是一种用于高效去除地下水中硝酸盐氮的新技术。6NO3-+10Al+18H2O=3N2+10Al(OH)3+6OH-该工艺的主要缺点是反应必须在足够高的pH下进行，且需要精确控制体系的pH，否则易发生铝粉的钝化；另外，铝盐对人体有危害，可能导致脑损伤。催化还原法硝酸盐首先在复合金属催化剂的作用下被氢化为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐进一步被氢化为N2或NH4+因此要催化反应最大化的生成氮气，适合的反应条件是关键。催化还原法催化方法去除硝酸盐技术反应速度快，能适应不同反应条件，易于运行管理。然而催化方法去除硝酸盐技术难点是催化剂的活性和选择性的控制，有可能由于氢化作用不完全形成亚硝酸盐，或由于氢化作用过强而形成（NH3、NH4+）等副产物，这也正是目前研究的重点和难点。较新的生物技术：电极生物膜、生物脱氮墙、FeO生物脱氮和动电/铁墙工艺等。生物脱氮墙：生物脱氮是一种经济有效的NO3-去除方法,能将NO3-还原为N2,因而成为地下水中NO3-治理的主要方法。多孔处理墙是一种地下水污染原位修复技术,将混合介质以一定厚度填到地下水水位以下,形成多孔墙体,该墙体与地下水水流垂直,污染物流经处理墙时经生物或化学作用而去除。在地下水位较浅地区以锯末和泥土混合就能构成一道松散多孔的脱氮墙。膜生物反应器：有人提出一种新设想,用附着有生物膜的人造膜将微生物和原水分开,NO3-以扩散方式经人造膜进入生物膜,有机碳源和磷酸盐从另一边渗入生物膜,在生物膜内进行反硝化。人造膜能将被处理的水和生物絮体分开,通过沉淀就能轻易去除剩余污泥;生物膜的代谢作用又使有机碳和磷酸盐保持在较低浓度水平,防止了这些物质渗入处理水。动电/铁墙工艺动电/铁墙(electrokinetics/ironwall)主要用于土壤渗透性较差的区域进行原位修复,NO3-通过电渗和电迁移作用流向阳极,被位于阳极的铁截留并还原。离子交换法、反渗透膜法、电渗析膜法、化学还原法、蒸馏法以及物理吸附等非生物法脱氮在地表水深度处理中应用较多,应用于地下水的脱氮处理研究均处于研究阶段,并且尚存在很多问题有待于深入研究。原位生物脱氮技术对于浅层地下水中的硝酸盐来说,由于不用抽取和运输地下水,基建费和运行费用较低,方法也简单,但随着地下水深度的增加,费用将显著增加,同时如果向水中投加的营养物质不适量,就会造成二次污染,而且基质由于受到地质条件的影响,很难均匀地分布于地下蓄水层中。异位自养生物脱氮技术利用无机碳源,以氢或硫及硫的化合物为主要的电子供体,分为氢自养反硝化和硫/石灰石自养反硝化。这一方法经济、简单,但是硫/石灰石自养反硝化存在副产物污染,氢自养反硝化有反应慢等缺点。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,这类方法比自养反硝化技术反硝化速度快,但也存在二次污染问题。总的来说，去除地下水硝酸盐污染的方法各有利弊，不同的研究者对各种方法的应用前景也有各自的见解，其中原位修复、物化方法和生物方法的联合使用是普遍认为的一个主要方向。对地下水硝酸盐的研究在迁移转化机理、来源分析和去除等方面都有了很大进展,但是仍有一些方面尚待进一步研究,现归纳如下：•有关硝酸盐与健康风险的关系已经研究了50多年,但是它的最大污染水平(MCL)仍没有统一的标准,许多国家和地区规定的标准仍有较大差异。•地下水硝酸盐污染是全球普遍存在的问题,除了局部去除硝酸盐的工程措施外,大面积去除仍没有很好的方法,今后要加强这方面的研究。•由于地下水受地理环境、地质条件等多种因素的影响,要确定其是否被污染比较困难,所以依据调查资料和影响因素预测污染物质在地下水中的浓度的变化很有必要。