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铵态氮在包气带介质中的吸附机制及转化去除研究

陈坚

  随着社会的发展,人口的激增,地下水氨氮污染问题日益凸显。鉴于氨氮对地下水土环境及人类健康的危害,且目前尚没有经济有效的方式予以应对,本文提出通过去除包气带铵态氮污染,以消除污染物对于地下水质安全的潜在威胁的总体思路。围绕着铵态氮在包气带中的迁移、转化和去除,本文进行了系列试验研究。试验以北天堂垃圾填埋场背景区包气带介质为研究对象,采用模拟污染的方式进行研究。通过铵态氮在供试介质中的赋存特征的变化,探讨了内外因素对于铵态氮吸附的影响,并对铵态氮在介质中吸附及释放的动力学过程进行定量研究,以此评价铵态氮污染对于地下水土环境的影响;通过硝化/反硝化批实验研究,分析了各因素对于铵态氮的转化与去除的作用和影响,以此探讨包气带铵态氮污染实现原位修复的可能。主要结论如下: 1)铵态氮在介质中赋存状态存在差异,利用化学形态浸提法,并结合光谱分析等手段可对不同形态铵进行刻画表征。试验结果显示,水溶态铵以分子态或水合铵的形式吸附于介质表面上,并可在去离子水的作用下发生解吸附;交换态铵是铵离子与介质中平衡离子Ca,Mg发生交换吸附的结果,其可被1mol/LKCl完全解吸,固定态铵是铵离子在膨胀性矿物层间固定的体现,并只可在1mol/LHCl-5mol/LHF作用下发生释放。以上表明水溶态及交换态铵易重新释放进入环境,对环境影响较大,而固定态则对环境基本无影响。 2)利用铵态氮形态研究可有效对铵态氮在介质中热动力学过程进行定量分析。试验结果表明,各因素对于铵态氮在介质中吸附的影响通过各形态铵比例的变化进行表达;铵态氮在介质中吸附的动力学过程受控于离子交换速率;铵态氮从介质中的释放以水溶态及交换态为主。 3)硝化作用批试验研究表明,氧气含量是实现硝化作用的首要条件,系统中含氧量低于4%不会完全抑制亚硝酸氧化菌的活性;含水率超过13%时,水溶态及交换态铵全部释放,并现实完全转化;固相中高浓度铵态氮对亚硝酸氧化菌存在一定抑制,不过,随硝酸细菌适应性增强,水溶态及交换态铵全部释放,并现实完全转化。此外,介质中大量的碳酸盐矿物对系统中亚硝氮的累积存在重要影响。 4)反硝化作用批试验研究结果显示,通过电子供体葡萄糖、单质硫的添加,供试介质中可实现自养及异养反硝化过程;电子供体种类不同,亚硝氮还原程度存在差异;供试介质中,S:N高于30:1,可实现100%的反硝化率。 综上:通过对固相赋存铵态氮形态的刻画,深入研究了铵态氮与介质的作用机制,及其在介质中的各动力过程,为准确评价污染场地对环境影响提供依据;通过硝化及反硝化生物批实验研究,详细探讨了利用生物转化完成供试介质中铵污染去除的可能,为实现污染场地原位修复提供理论支持。……   
[关键词]:铵态氮;包气带介质;吸附;解吸附;硝化;反硝化
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国地质大学(北京)2011年