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地下水是经济社会可持续发展不可缺少的物质基础。然而,由于人类活动的影响,城市生活污水、垃圾以及工业三废的排放,使地下水普遍受到了污染。本研究选择三氯乙烯和硝酸盐为对象,以发酵树皮和沙子的混合材料作为反应介质,研究生物墙技术对地下水中污染物的去除情况,同时探讨生物墙环境条件和外加微生物对生物墙去除污染物的影响,为地下水的污染治理提供一个经济有效的方法。
通过摇瓶实验研究了发酵树皮中有机碳的释放及其被微生物的利用情况,结果显示经过高压灭菌的样品,在为期37天的实验中,有机碳浓度变化不大,基本保持在3500~4500mg/L;而未经过灭菌的样品中有机碳的浓度逐渐降低,说明微生物可以利用反应材料释放的有机质并将其转化为无机碳。
将采集的发酵树皮和沙子材料混合,作为反应介质,建立土柱实验模拟生物墙系统。生物墙对模拟地下水中三氯乙烯的去除实验结果显示,生物墙系统对三氯乙烯的去除效率可迅速达到99%。在最初3天的反应中,三氯乙烯可基本完全去除,但基本无产物产生。第四天开始检测到氯乙烯产物。从第七天开始,出口处的氯乙烯和甲烷的浓度有了大幅上升,最高值分别达到10mg/L和0.7mg/L,之后基本处于稳定状态。在生物墙内添加了特定的脱卤菌后,最初的运行与未添加脱卤菌时相似,第八天起降解产物中开始有乙烯检出,表明特定微生物的加入可以强化污染物的生物降解,使有毒的中间产物向无毒的终产物转化。
生物墙对模拟地下水中硝酸盐的去除实验结果显示,在15天的运行过程中,硝酸根的去除效果较好,硝酸根浓度从最初的20mg/L下降到4mg/L以下,出口NO2 ̄-N的浓度没有明显的变化,一直保持在2mg/L左右;初始时,NH4+-N的浓度较低,第五天时开始大幅上升,之后保持稳定。在本实验所用生物材料和厌氧条件下,NO3 ̄-N更容易被还原为NH4+-N,这一过程在硝酸盐降解中的贡献率占到50%左右。提高水流速度后,生物墙对硝酸根的降解率由80%-95%下降到50%-75%,产物浓度也有所降低。说明污染物在生物墙中的停留时间对污染物本身的去除和降解产物的生成具有很大影响。
生物墙体系内水样的急性毒性较高。在生物墙内部,污染物降解过程中产生的中间产物,其毒性可能更强于母体污染物,若不能及时转化为无毒的产物,对下游会带来更大的危害。