地下水铀污染的原位微生物还原与固定:在美国能源部田纳西橡树岭放射物污染现场的试验

总结了美国斯坦福大学和橡树岭国家实验室等在美国能源部田纳西州橡树岭综合试验基地进行的铀污染原位微生物修复阶段性试验结果.本试验利用微生物以乙醇为电子供体还原地下水和沉积物中的六价铀为不溶解的四价铀,使之原位固定化.随后通过加入溶解氧和硝酸盐来试验微生物还原后的地下水层中还原固定态铀的稳定性.通过预处理和长期间隔注入乙醇...     

过硫酸盐联合硝酸盐处理汽油污染源区地下水：砂槽实验研究

原位生物修复和原位化学氧化是处理地下水燃油污染的两种有效技术,它们的联合也具有一定的可行性,但相关研究尚很少见.为进一步验证两种技术在水流条件下处理汽油污染地下水中的联合性能,本研究利用两个结构相同的实验砂槽模拟浅层含水层,通过分别投注传统汽油和乙醇汽油(含10%乙醇,体积比),持续补充硝酸盐作为电子受体以促进生物修复作用,以及采用过硫酸盐(Persulfate,PS)作为氧化剂以瞬时投注和连续投注两种方式实施化学氧化处理,研究污染源区主要污染物苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)、PS和硝酸盐的迁移与衰减.结果表明：在持续补充硝酸盐电子受体的条件下,传统汽油和乙醇汽油侵入地下水后BTEX溶解过程均呈现浓度波动期和消退期,BTEX浓度假一级衰减速率常数分别为0.033和0.028 d^-1,乙醇衰减速率常数为0.166 d^-1;瞬时投注PS时,传统汽油和乙醇汽油的BTEX浓度假一级衰减速率常数分别为0.056和0.063 d^-1,比未投注PS时的速率常数大;连续投注PS时,BTEX假一级衰减速率常数分别为0.013和0.01...     

过硫酸盐联合硝酸盐去除岩溶水中苯系物效果

为探究碳酸盐岩中过硫酸盐(persulfate, PS)联合硝酸盐修复汽油污染地下水的效果,该研究以过硫酸钠作为化学氧化剂,硝酸钠作为生物降解的电子受体,通过石灰石含水介质的箱柱装置,研究地下水流动和静止条件下化学氧化联合硝酸盐还原去除汽油苯系物的效果。结果表明,在流水条件下,PS投注浓度为20 g/L时,PS去除苯系物效果不明显,而硝酸盐利用率达70%。PS投注浓度为250 g/L时,苯系物在2 d内浓度下降61%,去除速率为6.9 mg/(L·d);当水力条件变为静水时,去除速率提高到10.3 mg/(L·d),去除效果更好,但高浓度PS会影响硝酸盐的利用。同时,化学氧化可导致水体中HCO3-和Ca2+含量增加,石灰石能够抑制化学氧化带来的pH下降。PS化学氧化联合硝酸盐去除岩溶地下水中苯系物是有潜力的,但需要进一步研究合适的PS投注浓度。     

岩溶地下河反硝化作用的有限性——一个碳酸盐岩管道的实验研究

反硝化作用是公认的去除水体中硝酸盐的路径,但相比于多孔介质,岩溶地下河中反硝化效果具有不确定性.为更好地认识岩溶地下河中反硝化效果,本研究利用天然碳酸盐岩管道几何模型,以乙醇为可利用电子供体(碳源),示踪了控制流速条件下管道流中反硝化作用,并辅以多孔介质流实验进行对比.反应示踪、地球化学印迹和微生物检测结果表明:当碳源缺乏时,反硝化作用没有明显启动的迹象;一旦补充了碳源,溶解氧、硝酸盐浓度和质量都出现了明显衰减,并且有中间产物亚硝酸盐产生,水体碱度增加.然而,即使在碳源充足情况下,管道流中反硝化强度却明显比多孔介质流中强度低,两者硝酸盐生物去除率分别为39.4%和大于99%,生物降解速率分别为0.113和10.8 mg·L~(-1)·h~(-1).推测其原因,一是碳酸盐岩管道内固体表面积与水体积比值低,固体吸着条件不利于微生物生长与发育,降低了硝酸盐去除率;二是管道富含的溶解氧可能延迟了反硝化作用启动,溶解氧降至3.0 mg·L~(-1)左右时硝酸盐浓度才有明显衰减.相比之下,其它环境因素如p H值和温度没有出现明显变化.该研究意义在于:岩溶管道流反硝化去除硝酸盐的潜能是存在的,但即使可利用碳源充足仍具有明显的局限性,这可能意味着岩溶地下河一旦遭受硝酸盐污染,其作为饮用水源的安全风险更大.     

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性试验研究

为了探讨去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性,试验模拟地下水环境,通过柱试验,以硝酸盐为靶污染物,将聚乙烯醇(PVA)作为微生物负载体,采用微生物固定化技术-包埋法将硝化与反硝化细菌混合包埋固定,制成负载生物介质作为PRB反应介质,探究有机碳源、pH、温度、停留时间(HRT)等主要因子对去除靶污染物的影响水平,对PRB技术治理硝酸盐污染地下水的可行性进行试验研究。试验结果表明:当水温为13～15℃、pH在7.2～7.5,HRT为2.5h时,以负载生物介质作为PRB技术反应介质的对地下水中硝酸盐最高去除率可达90.1%的,具有较高的去除效果。以负载生物介质作为墙体活性反应材料的可渗透反应屏(PRB)技术治理硝酸盐污染的地下水是可行的。     

乙醇对地下水中硝酸盐去除作用的研究

综述和比较了近年来利用不同碳源反硝化去除地下水中硝酸盐的研究成果,并着重于乙醇作为碳源的脱硝作用。从硝酸盐去除、亚硝酸盐积累、产生生物量等方面比较了不同碳源蔗糖、乙醇、甲醇、乙酸等的优缺点,最终认为乙醇是较为合适的碳源。阐述了该领域的研究进展,总结了影响反硝化进行的主要因素,指出目前乙醇反硝化去除硝酸盐存在的问题,同时对今后进一步的研究方向进行了展望。     

乙醇对过硫酸盐去除石灰岩含水介质中汽油组分BTEX的影响

随着乙醇汽油的推广应用,其污染岩溶地下水的环境问题受到越来越多的关注。汽油组分苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)可以被过硫酸盐(PS)化学氧化作用有效去除。然而,乙醇的存在是否影响PS去除BTEX尚缺乏深入研究。利用石灰岩颗粒为介质,以汽油组分BTEX(总浓度为20 mg/L)和乙醇(浓度分别为500,5000 mg/L)为污染物,通过微元体(Microcosm)实验模拟污染的岩溶地下水环境,研究PS分别去除BTEX和乙醇,以及同时去除BTEX和乙醇的效果,讨论了乙醇对PS去除BTEX的影响。结果表明:前28 d,PS可以去除91%的BTEX,准一级动力学常数为0.006~0.349 d-1,其中苯最难去除,其次为甲苯。乙醇能够被PS有效去除,准一级动力学常数为0.003~0.054 d-1,去除速率小于BTEX;乙醇与BTEX共存时能够抑制BTEX的去除,但不会影响BTEX去除的优先性。PS浓度增大,有利于去除乙醇和BTEX,但会抑制微生物活性,促使pH值下降,并导致CaSO₄沉淀。该试验结果可为乙醇汽油污染岩溶地下水的原位化学氧化研究提供科学参考。     

原位空气扰动技术影响因素研究-基于苯污染非均质含水层

通过一维模拟柱实验,研究了分层非均质含水层下不同介质组合对原位空气扰动技术修复苯污染地下水的影响.结果表明：在曝气流量为0.1 L/min,分层非均质的介质渗透系数在同一数量级时,分层情况的改变对污染物的去除效率影响不大;当分层非均质的介质渗透系数不在同一数量级时,下层渗透系数变大会使砂柱上层污染物浓度先升高后降低的现象更加明显,而下层渗透系数变小会使砂柱上下层污染物的去除效率相差不大.分层情况下不同介质组合影响苯的平均去除效率,在分层非均质条件下,气流由低渗透介质进入高渗透介质,污染物的去除速率相对更快,污染物的平均去除效率主要取决于分层非均质上层介质,其污染物平均去除效率曲线与分层非均质上层介质均质大致相同.     

丝瓜络碳源模拟PRB去除地下水中硝酸盐

以丝瓜络作为固体碳源和可渗透反应墙(PRB)的填充介质,处理硝酸盐污染地下水。研究了经不同浓度NaOH溶液预处理丝瓜络的静态释放特性及其反硝化能力,比选出了最优预处理方式,并以其为固体碳源去除地下水中硝酸盐。结果表明:经1.5%NaOH预处理的丝瓜络适宜作为反硝化脱氮的固体碳源和生物膜载体;在以其为PRB填充介质的试验中,NO~-_3-N平均去除率高达91.58%,TN平均去除率为87.83%。因此经1.5%NaOH预处理的丝瓜络能有效去除地下水中硝酸盐,适宜作为PRB的填充介质。     

地下水位上升过程硝态氮(硝酸盐)污染变化规律研究

地下水水位上升会造成包气带外源污染物的输入,如硝态氮,同时引起浅层地下水水环境变化.为了研究水位上升过程对硝态氮(硝酸盐)的影响,选取北京市通州区代表性介质,建立室内砂槽实验,探究水位上升过程硝态氮的二维迁移转化规律.实验结果表明:随着地下水位上升,砂槽从上至下,从左至右,溶解氧和氧化还原电位含量均逐渐降低,地下水逐渐...     

Bio-reduction of nitrate from groundwater using a hydrogen-based membrane biofilm reactor

A hydrogen-based membrane biofilm reactor(MBfR) using H2 as electron donor was investigated to remove nitrate from groundwater.When nitrate was first introduced to the MBfR,denitrification took place on the shell side of the membranes immediately,and the effluent concentration of nitrate continuously decreased with 100% removal rate on day 45 under the influent nitrate concentration of 5 mg NO3--N/L,which described the acclimating and enriching process of autohydrogenotrophic denitrification bacteria.A series of short-term experiments were applied to investigate the effects of hydrogen pressures and nitrate loadings on denitrification.The results showed that nitrate reduction rate improved as H2 pressure increasing,and over 97% of total nitrogen removal rate was achieved when the nitrate loading increased from 0.17 to 0.34 g NO3--N/(m2 ·day) without nitrite accumulation.The maximum denitrification rate was 384 g N/(m3 ·day).Partial sulfate reduction,which occurred in parallel to nitrate reduction,was inhibited by denitrififcation due to the competition for H2 .This research showed that MBfR is effective for removing nitrate from the contaminated groundwater.     

生物除铁、锰的需氧量试验研究

研究锰砂滤层去除铁、锰过程中溶解氧因素对去除效果的影响,为生物法除铁、锰的实际运行提供了参考依据。在其他运行条件相同的情况下,只改变其中DO一项,进行去除率试验对比。DO在一定范围内的变化对生物除铁除锰效率的提高无显著影响。从经济性和微生物角度考虑原水DO维持在3mg/L左右既可满足运行要求。     

2种生物反硝化法去除地下水中硝酸盐的研究

采用砂柱装置,在实验室研究了自养微生物和异养微生物2种生物反硝化方法对地下水中硝酸盐的去除效果。自养反硝化反应在以硫作为电子供体的硫/石灰石/细沙反应柱中进行,异养反硝化反应在石灰石/细沙反应柱中进行,进水增加乙醇作为外加碳源。实验结果用以比较2种反硝化方法在硝酸盐去除率、微生物反应动力学和反应产物三者的异同。结果表明,自养反硝化反应中NO3--N去除率达95.4%,异养反硝化反应去除率可达99.3%;分别与Monod微生物0级、1/2级和1级反应动力学方程进行拟合,2种反硝化反应均符合1/2级微生物反应动力学,适合用1/2级微生物反应方程描述;在反应结束阶段,自养反硝化主要反应产物SO42-出水浓度低于250mg/L,异养反硝化副产物CH3OO-易成为二次污染源,异养反硝化的反硝化速率明显高于自养反硝化反应。     

用双层PRB技术处理垃圾填埋场地下水污染的可行性研究

设计了双层结构可渗透反应屏障(PRB),对渗滤液污染地下水原位处理的可行性进行实验研究.其中,第一反应器主要填充了零价铁,对复杂的不可生物降解和难生物降解的卤代烃等有机物进行分解;第二反应器主要填充了释氧剂(ORC),对有机物进行彻底的处理.实验结果表明:经过第一反应器后BOD5 COD值由0 32升高至0 75,铵离子和硝酸根离子的去除率分别达到85%和80%;ORC反应器最大释氧量为7 64mg·L-1.采用双层PRB结构治理渗滤液污染地下水是可行的.     

运用批实验研究溶解氧对米酒去除硝酸盐的影响

为了判别不同溶解氧条件下脱氮效果和碳的需求量,在水温为25~30℃条件下,设置了缺氧、微氧和有氧3种输入条件,以及C/N分别为2.0、1.5两种碳源投放量开展实验。研究表明:溶解氧的存在对反硝化作用的启动有延迟作用,但影响较小。溶解氧对于反硝化过程并没有产生明显的抑制作用,但在溶解氧较低的情况下,反硝化速率更为理想。缺氧条件下,C/N的适宜值应低于1.5;微氧条件下的C/N适宜值在1.5~2.0;而在有氧条件下C/N=2.0时可高效去除硝酸盐。该研究可为农村地区家庭自行去除饮用水中硝酸盐的实际应用提供参考。     

野外测量条件对石油污染地下水常规水化学参数的影响

通过原位水质监测仪监测某石油类污染地下水的6项常规水化学指标,研究不同测量方式、不同测量深度对其产生的影响。结果表明:受石油污染的地下水水面以下0.5 m处,原、异位测量的水温、p H值、溶解氧、氧化还原电位、浊度均有不同程度的差异。在对比研究期内,可观测到这种差异最大可达:水温5~6℃,p H值0.2,溶解氧3.0 mg/L,氧化还原电位11 m V,浊度55 NTU。这种地下水环境条件的改变,必然会引起一系列水文地球化学、生物地球化学反应的变化。原位测量水深0.5~4 m范围内,水温随深度增加逐渐增大,最大变幅0.16℃;p H随深度增加变化不大;DO受温度和生化耗氧作用影响,随深度增加而降低;ORP与DO变化趋势大致相同,最大减幅达62 m V;电导率随地下水深度增加其值不变;最大浊度值113 NTU出现在水深4 m处。     

用于地下水原位生物脱氮的缓释碳源材料性能研究

针对地下水原位生物脱氮时缺乏电子供体(碳源)导致反硝化受抑的问题,以淀粉为碳源原料.聚乙烯醇(PVA)为载体,a-淀粉酶为添加剂,采用共混技术制备GPVAS和GEPVAS两类反硝化原位反应格栅(PRB)缓释有机碳源(SOC)材料.扫描电镜和静态实验研究结果表明.材料内部形成淀粉分子填充的PVA网状骨架结构.释碳符合二级动力学过程.动力学参数平衡浓度(Cm)和释放速率系数(k)可作为评价缓释碳源释碳能力的核心指标.材料配比和a-淀粉酶含量对材料性能影响显著,当淀粉/PVA=40/60时,材料Cm和K值最低;Cm值随酶含量增加显著升高,k值随酶含量增加先升高后降低,表明碳源释放速率可通过组分配比和酶添加剂含量进行有效控制.以适应不同地下水环境和硝酸盐污染程度.提高原位脱氮效率.     

柳江盆地浅层地下水硝酸盐分布特征及影响因素分析

以秦皇岛柳江盆地浅层地下水硝酸盐为研究对象,在地下水污染源调查的基础上,于2014年7月丰水期、2015年4月枯水期共采取浅层地下水样215组.基于变异函数模型和Arc GIS地统计模块,分析了浅层地下水中硝酸盐含量时空分布特征,并利用因子分析方法探讨了硝酸盐污染成因.结果表明,无论丰水期还是枯水期,研究区东南部均为硝酸盐主要污染区域,含量达30~120 mg·L~(-1),但枯水期硝酸盐污染面积约为丰水期的1.4倍;硝酸盐空间分布受人类活动和地质条件影响显著,其次为Eh、DO、p H和地形地貌条件.北部浅层地下水硝酸盐含量小于20 mg·L~(-1);中部主要来源于人类活动及农业种植中氮肥的流失,局部污染较严重;南部受隔水边界阻隔作用,表现为硝酸盐累积效应,污染严重.     

BTEX在乙醇汽油和传统汽油污染地下水中的衰减行为对比

地下燃油储藏罐泄漏造成苯、甲苯、乙苯和二甲苯（BTEX）影响生态环境和公众健康的问题一直备受关注,随着乙醇汽油的推广使用,乙醇对BTEX修复策略的影响成为需要重视的新问题.为揭示乙醇汽油污染地下水中BTEX的衰减行为,本文通过室内两个独立砂槽投注实验和近3年的监测,对比了乙醇汽油和传统汽油中BTEX自然衰减和基于硫酸盐-硝酸盐补充的增强生物修复行为.结果表明,传统汽油BTEX自然衰减较快,乙醇汽油BTEX自然衰减较慢,一级衰减速率常数分别为0.0055~0.0329 d^-1和0.0045~0.0124 d^-1;苯衰减最快,其次为甲苯.补充硫酸盐和硝酸盐能促进生物修复,单独补充硫酸盐时其利用率为89.7%~92.9%,同时补充硝酸盐时硫酸盐利用被抑制,硝酸盐利用率为79.9%~87.2%.水位波动会促进BTEX溶解和迁移,增大质量通量.乙醇汽油不仅能消耗更多电子受体,使得BTEX衰减被抑制,而且可能会扩大水位波动引起的增溶效应.