[发明专利]基于半惰性固相碳源载体的地下水硝酸盐污染修复技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于半惰性固相有机碳源载体的地下水硝酸盐污染生物修复技术，属于地下水污染修复技术领域。

背景技术

地球上适于饮用的淡水水源中68％是地下水，约占世界50％的人口以地下水为饮用水源。然而，无论是在工业发达国家还是发展中国家，由于生活污水和工业废水的排放及渗漏，农村地区大量化肥和农药的施用，粪便垃圾、固体废弃物的淋滤下渗，大气氮氧化合物干湿沉降，以及污水的不合理回灌等，导致地下水中硝酸盐氮浓度呈上升趋势，并成为一个重要的环境问题。

目前，地下水硝酸盐污染的修复方法主要有物理、化学和生物修复技术等。虽然技术众多，但这些方法在实际应用中还各有局限：物理化学处理并不能将硝酸盐转化为无害物质，因而要求对浓缩的硝酸盐进行后处理，且效率低、选择性差、投资高、操作费用高。离子交换法的优点是处理出水水质好，处理过程很少受到温度影响，后处理工序少；缺点是要耗用大量再生药剂，再生洗脱液会引起二次污染。反渗透法不仅去除地下水中NO₃^-，还同时去除CI^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等，产生大量浓盐水需要处置，且能耗较高，因此迄今未见大规模应用报导。电解法和化学还原法存在的问题是在将硝酸根还原为氮气分子的同时，一部分硝酸根被还原为铵离子，仍存在氨氮污染问题。催化加氢还原技术去除效率较高，但在脱氮过程同时也产生NH₄⁺副产物。光催化技术在添加电子供体(如腐殖酸、甲醇等)的条件下，可将NO₃^-最终还原为NH₄⁺，但催化效率低，且产物存在二次污染。

从彻底消除地下水中硝酸盐污染和降低脱硝成本两个方面看，生物反硝化方法是目前已投入使用的最经济、有效的方法，其不足之处是出水中常含有生物固体和溶解性的有机物(如外加碳源)；自养生物法脱氮，处理出水中不含有机碳的污染，但是自养菌增殖缓慢，且地下水中无机碳含量有限，使其应用受到一定限制。因此，仍迫切需求经济、高效和环境友好的地下水硝酸盐污染生物修复技术。

发明内容

针对现有地下水硝酸盐污染生物修复技术的不足，本发明提出了基于半惰性固相有机碳源载体的地下水硝酸盐污染生物修复技术，可在地下水硝酸盐污染原位或异位修复中，利用半惰性固相有机碳源载体作为填充介质，使硝酸盐污染通过生物反硝化作用得到有效修复。

该技术利用的半惰性固相有机碳源载体，是指既能为生物反硝化提供有机碳源，又能为反硝化细菌等微生物提供生长繁殖的附着表面的一类天然或人工合成材料。这种材料应具有符合上述要求的理化性能指标，可以是褐煤、无烟煤、泥炭、核桃壳等结构稳固的天然固相有机碳源材料，可以是人工合成的具有此类性质的复合材料，也可以是其改性和强化后的材料中的一种或几种。改性和强化是指采用硝酸氧化、超声波、微波或微生物共作用中的一种或几种方式，对固相有机碳源材料进行处理，使其释放有机碳源的能力增强，力学性质得到改善，更利于反硝化细菌的挂膜和反硝化作用的方法。

本发明可以用于硝酸盐污染地下水的原位修复中。可采用可渗透反应墙(PRB)工艺形式，在地下水污染羽状体的下游垂直于地下水流向构筑可渗透反应墙，反应墙介质由半惰性固相有机碳源载体构成，当硝酸盐污染的地下水流经PRB后，通过生物反硝化作用得到修复。

本发明也可以用于硝酸盐污染地下水的异位修复中。可采用渗滤池，将被硝酸盐污染的地下水从取水井抽出，并通过填充有半惰性固相有机碳源载体的滤层，使硝酸盐通过生物反硝化作用得到去除。

本发明的优点在于半惰性固相有机碳源载体能为反硝化细菌提供缓释碳源，解决反硝化过程碳源缺乏的问题，同时，它具有良好的微生物载体性能，增加了生物量，提高了反硝化效率。该方法可避免外加碳源带来的经济负担和二次污染问题，是一种经济、高效、环境友好型的地下水硝酸盐污染修复技术。

具体实施方式

实施实例1：