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 3

2 地下水氮污染途径分析 3

2.1 通过包气带渗入 3

2.2 地表水侧向渗入 3

2.3 灌溉入渗 3

3 氮的转化机理分析 4

4 脱氮技术 5

4.1 物理化学法 5

4.1.1 电渗析 5

4.1.2 反渗透 5

4.1.3 离子交换法 5

4.2 化学方法 6

4.3 生物脱氮法 6

4.3.1 原位生物修复技术 6

4.3.2 异位生物修复技术 7

5 结语 7

参考文献： 8

1 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4－5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3~10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:①吸附:将温度为30～60℃,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;②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