摘要
可渗透反应墙技术是自90年代来发展迅速的一种原位治理地下水污染的修复技术。其关键技术之一是反应介质的研制。国内外就墙体活性反应介质的研究工作主要集中在对零价铁去除各种污染物效能的探究，采用生物负载介质原位修复硝酸盐污染地下水的研究尚未见报道。目前，结合研究地区的区域性特征选择适宜的PRB反应介质是我国将该技术用于工程实践的研究重点，也是本论文研究的重点内容。
本项研究以此为出发点，针对被硝酸盐污染的地下水，用生物介质和化学介质分别作为PRB反应材料，试验所用的条件参数（温度、pH、含水层孔隙率、地下水流速等）依据辽河流域脆弱性强的地下水环境给出，通过设计系列模拟试验进行去除地下水硝酸盐的研究，考察地下水环境条件下PRB两种反应介质对硝酸盐去除效果的影响，并将试验效果进行对比分析，为实施PRB工程提供技术参数。
试验结果表明：通过正交试验确定制备固定化生物介质载体的最佳配比为（质量分数）：PVA：8% 、海藻酸钠：0.2%、氯化钙：4%；细菌的最佳接种量为0.20mg干菌泥/L；根据一系列静态试验确定固定化小球在地下水环境中的最佳反应条件：温度：13-15℃、pH：7.2-7.5、进水COD：700mg/L、最佳停留时间：2.5h。
通过试验找到Fe0去除硝酸盐的最佳辅助物，Fe0/粉煤灰最高去除率为79%；而Fe0/活性炭对硝酸盐的最高去除率达80.37%。因此，本试验选用活性炭作为零价铁的辅助反应介质；不同Fe0/C质量比对硝酸
盐还原作用有一定影响。相对比较，当Fe0/C=2时，降解效果较好；反应介质粒径对硝酸盐的去除过程具有一定的影响。经试验对比研究发现，细炭/零价铁粉的组合方式更有利于硝酸盐的去除。
通过动态试验可知，在地下水环境条件下，当进水COD保持在700mg/L左右时，以固定化生物介质为填料的PRB反应器可以连续运行45天左右，其对硝酸盐的去除率保持在90%左右，以该介质作为PRB墙体反应材料有一定可行性；化学反应介质Fe0/活性炭对硝
旋风少女第二季演员表酸盐的去除也有一定效果，通过地下水动态试验模拟研究发现，以该介质作为填料的PRB 反应器对硝酸盐的去除率稳定保持在60%左右。但是，在反应中有一定量的副产物氨氮产生，影响了去除效果。
通过将上述两种材料作为PRB反应介质的对比试验发现，固定化生物介质对硝酸盐的去除效果优于化学反应介质。以固定化生物介质作为PRB的反应介质来修复硝酸盐污染的地下水具有潜在的应用价值。
关键词：可渗透反应墙；硝酸盐；固定化生物介质；化学反应介质；处理效果；对比分析
Abstract
PRB is a rising technology which was developed in the 1990s and the reaction media development is one of the key technologies. The fillings of PRB are mainly non- biological materials, such as zero-
valent iron beyond the as. Today, foreign countries have applied this repair technology in actual engineering in treating polluted groundwater, in the meanwhile, it applied in the experimental stage in our country. It is the emphasis of study on applying the technology in engineering practice, which to lect reasonable PRB reaction medium according to characteristics of the rearch area. At prent, the rearch area of regional feature lection rational extremity reaction media is our country the technology ud in engineering practice, the rearch emphas is the main content of this paper.
Accordingly, this study was conducted to treat the groundwater polluted by nitrate, using biological medium and chemical substances as the reaction materials of PRB, respectively. Bad on the strong vulnerability of the groundwater of Liaohe watershed, the experimental parameters (e.g., temperature, pH, aquifer porosity, groundwater flow velocity, etc.) was given. Batch simulation investigations were performed to evaluate the effectiveness of removing nitrate treated by each reaction material under the environmental condition of groundwater. The experimental results were compared to provide technical parameters for implementation of PRB. The specific contents of the experiment include: preparation for mixed immobilized bacteria, the conditional test of nitrate removal using mixed immobilized bacteria, the condition test and dynamic experiment of nitrate removal using chemical reaction medium (Fe0) .
The results of this study indicated that the optimal ratio of preparation for immobilized microbial medium carrier by an orthogonal test (mass fraction) is: PVA, 8%; sodium alginate, 0.2%; calcium chloride, 4%; the best bacteria inoculum do, 0.20 milligram dry bacteria mud per litre; and that the optimal reaction conditions under the environmental condition of groundwater by a ries of static experiments are: T=13-15℃; pH =7.2-7.5; COD=700mg/L; HRT=2.5h.
Through experiments found that the removal of nitrate using Fe0/flyash and Fe0/acticarbon attained 79% and 80.37%, respectively. Therefore, acticarbon can be ud as the best auxiliary reaction medium of Fe0. The mass ratio of Fe0 and activated carbon has an influence on nitrate reduction. Relatively, when the mass ratio of Fe0/C=2, the degradability is better. And the medium size has an effect on the process of removing nitrate. By contrast, Fe0 powder combined with fine carbon is more propitious to the nitrate removal.愁烟
The dynamic experiment revealed that when COD=700mg/L, the PRB reactor can continuously run about 45 days and remove 90% of nitrate around using immobilized microbial
IV Abstract 硕士研究生学位论文
medium as its filling which is feasible to u it for reaction material of PRB wall. Also, the dynamic si
mulation investigation showed that using Fe0/C as its filling the removal of nitrate steadily maintained about 60%. However, there is a certain amount of by-product (ammonia nitrogen) produced in reaction, which affected the nitrate removal.
Compared the experiments, immobilized microbial medium has an advantage over chemical reaction medium on the effectiveness of nitrate removal. Accordingly, using immobilized microbial medium as the reaction medium of PRB has the potential for repairing groundwater polluted by nitrate.
Keywords: PRB, nitrate, immobilized bacteria,chemical reactions, removal effect,contrast
陈新红声明
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硕士研究生学位论文第一章绪论 1
第一章绪论
1.1 课题来源及研究背景
1.1.1课题来源
本课题来源于建设部重点科技项目（2007-K4-24）；辽宁省自然科学基金（20072012）。
1.1.2研究背景
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地下水处于自然环境的中心地带，近年来，具有环境持久性和三致性的化学污染物越来越多地进入地下水系统，这些污染物通过垃圾填埋、污水渗透、干湿沉降等途径进入到土壤和地下水，成为土壤和地下水系统中典型污染物。地下水本身循环更新慢，导致一旦受到某些物质污染则难以处理，硝酸盐即为其中一种。由于硝酸盐污染问题与生态系统和人类健康密切相关，正越来越受到人们广泛的关注。在硝酸盐转化过程中形成的亚硝酸盐胺具有“三致”作用（致癌、致畸和致突变），硝酸盐过多对农作物的生长也有一定的影响。
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真伪查询地下水硝酸盐污染形式有面源和点源两种，面源污染主要包括农业中使用污水灌溉、大量施用氮肥以及施用有机肥等；点源污染主要包括：城市污水、工业污水、生活污水以及一些金属矿排出的废水等。其中，点源多属于突发性事件，造成的环境危害更大，也更难于治理。经分析表明，污水是地下水硝酸盐污染的主要来源[1]，同时有研究表明，地下水硝酸盐污染存在地区性差异[2]。进行这类研究的意义在于，对硝酸盐污染程度不同的地区，可有针对性地采取不同的防范、治理措施[3]。国内近年来关于地下水硝酸盐面源污染的研究较为丰富，对点源形式的污染研究则相对较少。
过去，处理受污染地下水通常采用传统的抽取—处理法，但该方法运行的周期长、耗能大，效率也不
太高。可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier，PRB)技术是一种近年来发展迅速的处理地下水污染的原位修复技术。当受污染地下水通过这个被动反应区（填充有活性反应介质）时，污染物能被固定或降解，从而达到治理污染组分的目的。与传统的地下水抽取—处理法(pump and treat)相比较，PRB技术是一种无需外加动力的被动反应系统，并且具有运行费用低、操作简单等系列优点，是一项用于修复污染地下水的新技术。污染组分是由于在天然水力梯度作用下流经PRB反应墙，经过活性反应介质的降解、吸附等作用而被去除，因此，该技术不需要地面处理系统和提供额外能量，而且活性介质消耗很慢，处理潜力有几年甚至几十年，反应墙系统安装完毕，只有某些特殊情况下需要更换墙体活性介质外，几乎不需要其他运行费用。与传统的抽取—处理方式相比，该技术至少能节省30%以上操作费用。在欧美等国，已经对PRB技术进行了大量的工作及实验研究，并已开始投入商业应用。该技术正逐步取代传统运行成本昂贵的抽取—处理技术，成为地下水修复技术的主要发展方向。PRB关键技术是对其反应介质的研
