基于碳酸氢钠为碳源的氢自养反硝化去除地下水中硝酸盐研究

论文摘要

硝酸盐在水中的溶解度较高,并且极易通过工业污水,生活污水,垃圾填埋,动物粪便,农业灌溉等方式污染地下水和地表水,严重影响水质,从而成为全世界关注的环境污染问题之一。硝酸盐在肠道中可以转化为亚硝酸盐,亚硝酸盐是一种致癌物质,可以导致胃肠系统的病变,对于婴儿,体内过量的亚硝酸盐会导致紫绀。因此,地下水中硝酸盐含量的超标将会影响到人类的健康,去除地下水中的硝酸盐显得十分必要。目前,去除硝酸盐的方法主要有反渗透法,离子交换法,电解法等。但是由于成本高,导致二次污染等问题,前几种方法脱硝效果并不十分理想。而生物反硝化去除地下水中的硝酸盐由于其成本低,可行性强等优点得到了广泛应用。生物反硝化中反硝化细菌主要以无机物或有机物为碳源,根据碳源类型的不同,分为异养反硝化和自养反硝化。异养反硝化过程中需要添加有机碳源,但容易产生微生物絮凝体,导致反应器堵塞。以无机物为碳源的自养反硝化,由于添加的碳源不会对水体造成污染而受到广泛青睐,其中氢自养反硝化修复地下水中的硝酸盐污染以其清洁环保、经济而得到广泛重视。氢自养反硝化以H2作为电子供体,CO2作为碳源,得到了较好的脱氮效果,并且成本较低,不会产生二次污染。但采用CO2为碳源时,容易引起体系pH的降低,从而抑制了氢自养反硝化的进行。因此,探索替代CO2的无机碳源就显得非常必要。本试验分别以CO2和NaHCO3为碳源,进行了驯化氢自养反硝化细菌驯化效果的比较,目的是筛选出最优碳源,并通过单因素试验和正交试验,对影响氢自养反硝化速率的条件进行了研究。结果表明,以NaHCO3作为唯一的无机碳源,不仅可以高效驯化氢自养反硝化细菌,而且可以控制体系的pH值,效果优于单独以CO2或以CO2和NaHCO3共同为碳源的体系;当单独以NaHCO3为碳源时,其浓度为2.0 g/L时可以满足氢自养反硝化细菌的生长,并使体系pH保持在8.5±0.2;当初始NO3--N浓度<135.6 mg/L时,反硝化速率随着NO3--N浓度的升高而增大,当NO3--N浓度过高时（大于135.6 mg/L）,会抑制氢自养反硝化的进行;当pH在6.09.0时,氢自养反硝化可以进行,但其最适pH为7.08.0,而当pH<6.0或pH>9.0时,反硝化基本停滞;温度为35℃时反硝化速率最大,为2.83 mg/（ L·h）,当温度为15℃时,有明显的亚硝酸盐积累。正交试验结果表明:四种因素对氢自养反硝化的影响程度为:温度>硝酸盐初始浓度>pH>NaHCO3投加量;当反应条件为:温度35℃,pH8,NaHCO3投加量2.0 g/L,初始浓度90.4 mg/L时,氢自养.反硝化速率最大。通过本试验,摸索出一种新型碳源进行氢自养反硝化,并得出最优试验条件,为地下水中硝酸盐污染的生物修复提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 地下水的污染现状
• 1.2 硝酸盐的污染
• 1.2.1 海洋生物养殖和水产养殖中的硝酸盐污染
• 1.2.2 工业废水中的硝酸盐
• 1.3 地下水中硝酸盐污染及转化过程
• 1.3.1 地下水中硝酸盐污染
• 1.3.2 地下水中硝酸盐转化过程
• 1.4 地下水中硝酸盐污染形式及来源
• 1.4.1 有机化肥和氮肥的污染
• 1.4.2 垃圾，粪便的硝酸盐污染
• 1.4.3 灌溉污染
• 1.5 地下水中硝酸盐的危害
• 1.6 地下水中硝酸盐去除方法
• 1.6.1 非生物法
• 1.6.2 生物法
• 第二章 研究内容与方法
• 2.1 研究内容
• 2.2 研究方法
• 2.3 试验仪器
• 2.4 实验试剂
• 2.5 测定指标
• 2.6 指标测定方法
• 3^--N 含量测定：紫外分光光度法'>2.6.1 NO₃^--N 含量测定：紫外分光光度法
• 2.6.2 亚硝酸盐氮测定：N-（1-萘基）-乙二胺盐酸盐分光光度法
• 2.6.3 TOC 测定
• 2.6.4 有效硫的测定
• 2.6.5 溶解氧的测定：碘量法
• 2.7 体系中溶解氧的去除
• 2.8 其他指标的测定
• 第三章 氢自养反硝化最佳碳源筛选
• 3.1 氢自养反硝化反应器设计
• 3.1.1 反应器设计原则
• 3.1.2 氢自养反硝化反应器的基本结构
• 3.2 污泥中有机碳含量（TOC）的检测
• 3.3 污泥中单质硫及硫化物的检测
• 3.4 不同碳源组合情况
• 3.5 自养反硝化菌富集培养
• 3.6 结果分析
• 3.6.1 有机碳含量（TOC）测定结果
• 3.6.2 单质硫及其化合物的检测
• 3.6.3 不同碳源的影响
• 3.6.4 氢自养反硝化细菌培养
• 3.7 结果讨论
• 3.7.1 证明异养反硝化及硫自养反硝化的不存在性
• 3.7.2 采用不同碳源驯化氢自养反硝化细菌
• 3.8 本章小结
• 第四章 不同条件对氢自养反硝化速率的影响
• 4.1 单因素试验
• 3 投加量的影响'>4.1.1 NaHCO₃投加量的影响
• 4.1.2 硝酸盐浓度的影响
• 4.1.3 初始pH 的影响
• 4.1.4 温度的影响
• 4.2 结果分析
• 3 的投加量对反硝化速率的影响'>4.2.1 不同NaHCO₃的投加量对反硝化速率的影响
• 4.2.2 不同初始硝酸盐浓度对反硝化速率的影响
• 4.2.3 不同pH 对反硝化速率的影响
• 4.2.4 不同温度对反硝化的影响
• 4.3 结果讨论
• 3 投加量对反硝化速率的影响'>4.3.1 不同NaHCO₃投加量对反硝化速率的影响
• 4.3.2 不同的初始硝酸盐浓度对氢自养反硝化脱氮速率的影响
• 4.3.3 体系pH 值对反硝化的影响
• 4.3.4 温度对反硝化速率的影响
• 4.4 正交试验
• 4.4.1 反应条件
• 4.4.2 正交试验结果分析
• 4.4.3 正交结果讨论
• 4.4.4 正交试验结果验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介