以甘油为碳源去除地下水中硝酸盐的试验研究

试验与检测SHIYANYUJIANCHE胡明明,等:以甘油为碳源去除地下水中硝酸盐的试验研究5工程与建设62011年第25卷第4期503收稿日期:2011-04-28;修改日期:2011-06-17作者简介:胡明明(1984-),男,安徽无为人,合肥工业大学硕士生;汪家权(1957-),男,安徽太湖人,博士,合肥工业大学教授.以甘油为碳源去除地下水中硝酸盐的试验研究胡明明,汪家权,阴娟,张立敏(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009)摘要:文章研究了以甘油为碳源的生物反应器,在相同的硝酸盐氮浓度和甘油浓度梯度下,分别投加纯反硝化菌种和土著反硝化菌种时,去除地下水中硝酸盐的情况。结果表明,投加反硝化菌的反应器启动较快,去除效果较好,硝酸盐氮去除率可达到97.7%以上。在碳源充足的情况下,脱氮时效性差异不明显,反应器pH在7.0?0.2范围内波动。该研究旨在投加适宜菌种的情况下所加碳源的最佳投放量,在最大效率去除硝酸盐的同时,可避免造成二次污染。关键词:甘油;碳源;生物反硝化;地下水;硝酸盐;脱氮时效性中图分类号:X523文献标识码:A文章编号:1673-5781(2011)04-0503-03地球上适于饮用的淡水只占全球水量的4.9%,其中68%是地下水,世界上50%的人口以地下水为饮用水源。长期以来,工业废水的无组织排放[1-2],农药和化肥的不合理使用,使得中国目前大量湖泊水体均受到不同程度的氮污染,局部水域已十分严重[3]。水体氮污染不仅会对人体和水生动物产生不良影响,同时也是引发水体富营养化的重要原因[4]。硝酸盐是我国地下水污染的主要成分,且分布非常广泛[5-7]。硝酸盐对人体健康的危害较大,它被摄入人体后部分可被还原成亚硝酸盐。亚硝酸盐与血液中的铁血蛋白结合,使后者被氧化成高铁血蛋白,从而失去输送氧的能力,在胃中与氨氮结合形成亚硝基氨或其它化合物,具有致癌作用[8-9]。世界各国对饮用水中硝酸盐的含量都制订了标准,如世界卫生组织、美国、日本、俄罗斯等许多国家的饮用水中硝酸盐氮的最高含量为10mgNO-3-N#L-1,欧盟组织提出的允许值为5.6mgNO-3-N#L-1[10-12]。地下水硝酸盐污染治理方法一般为物理法、化学法、生物法等。离子交换、反渗透及电渗析等物理方法,虽然能脱除硝酸根,然而它只是将硝酸根转移,浓缩的特点和高成本限制了其使用范围[13]。在众多地下水硝酸盐去除技术中,生物法脱氮因其经济、环保、易操作,已逐渐成为地下水脱氮的主要发展趋势和世界范围内实际运用最广的方法[14]。从地下水环境特点及经济方面考虑,采用厌氧生物反硝化工艺更加合理。目前地下水生物脱氮的研究仍处于初始阶段,其关键难题主要包括两个方面:理论上缺乏对地下水硝酸盐生物降解的水动力、生物和物化复合系统的深入研究;技术上缺乏适合生物反硝化的碳源[15]。在地下水生物脱氮过程中还存在地下水层容易堵塞的现象等问题,也是由于使用不合适碳源引起的[16-17]。在前期实验和阅读大量文献的基础上,本研究选甘油为反硝化碳源,试图解决目前地下水硝酸盐生物降解碳源匮乏问题。1试验材料与试验方法1.1试验装置与材料取15个250mL的磨口瓶,用KNO3试种配制50mg/L浓度的硝酸盐溶液,每5个一组分别加入碳源,A组投加纯反硝化菌种,B组投加土著反硝化菌种,C组不投加反硝化菌种,并用Na2SO3调节溶解氧,使溶解氧浓度小于2mg/L,采用K2HPO4和KH2PO4调节pH值至7.0?0.2。以甘油为碳源,将磨口瓶装置放入恒温箱中,环境温度调节为(26?2)e。定期取样测定pH、DO、NO-3-N、NH+4-N、NO-2-N及TOC,研究其变化规律,初始情况为:本次试验分A、B、C3组,A中投加纯反硝化菌种,B中投加培养的土著反硝化菌种,C中不投加反硝化菌种(A、B加入1mL反硝化菌种,C中加入1mL水代替;土著菌种通过对地下水土著微生物进行富集培养与分析得到)。其中,A1~A5、B1~B5、C1~C5中硝酸盐浓度分别为51.45mg/L;甘油投加试验与检测SHIYANYUJIANCHE胡明明,等:以甘油为碳源去除地下水中硝酸盐的试验研究5045工程与建设62011年第25卷第4期量分别为0、0.3、0.5、0.7、1.0g/L。1.2检测方法均按照标准方法监测[18],主要分析方法见表1所列。表1试验检测方法分析项目方法NO-3-N紫外分光光度法NO-2-NN-(1-萘基)-乙二胺光度法NH+4-N纳氏试剂比色法TOC燃烧氧化法2试验结果(1)硝酸盐氮去除情况,如图1所示。图1硝酸盐氮去除率图由图1可以看出,在投加纯反硝化菌种和土著培养的反硝化菌种的情况下,均能很好的去除硝酸盐,且去除率可以达到100%。不投加反硝化菌种的情况下,最大去除率仅