[01395196]农村家庭自我修复饮用地下水硝酸盐污染的技术与关键因素研究

课题来源于国家自然科学基金项目《农村家庭自我修复饮用地下水硝酸盐污染的技术与关键因素研究》（项目编号：41362012）。 浅层地下水遭受硝酸盐污染的环境问题在农村地区十分普遍,严重影响饮水安全,探寻一条技术与经济可行的修复途径,对基础设施薄弱的农村地区应对面源污染具有重要的现实意义。由于地下环境普遍存在反硝化菌,利用生物反硝化作用去除地下水中硝酸盐的策略被普遍认可。然而,可利用电子供体的缺乏,溶解氧的限制,以及中间产物亚硝酸盐的产生成为修复难点。根据已有的相关研究成果,乙醇是容易被反硝化菌利用的电子供体。由于其来源广泛,且饮用水标准也没有对乙醇限量,因此向提取的地下水中添加适量乙醇来异位修复硝酸盐污染,可能具有潜在的应用前景。本课题采用砂柱、砂槽及蓄水池,通过添加适量乙醇,结合示踪技术,定量研究乙醇-反硝化技术及其受控因素,包括溶解氧、中间产物、渗透性及其它环境因子,目的是能够辨明或有效削减这些因素的影响,尤其是溶解氧的限制与中间产物亚硝酸盐的滞留,为向农村家庭推荐合适的乙醇-反硝化修复技术提供科学依据。 课题以桂林南方岩溶区地下水硝酸盐污染为内容,调查在这样一个地下水防污能力脆弱地区上覆孔隙介质和下伏地下河系统硝酸盐污染状况,以及地下水系统可能的自净能力,评价饮用水安全性,主要结论如下：（1）岩溶地区地下水硝酸盐污染形势尤为严峻,人为主动修复十分必要;（2）反硝化去除硝酸盐的碳源选择——白酒（米酒）的利用：乙醇对于地下水微生物脱氮来说具有很好的效果,是可利用碳源,农村自酿各种米酒中均不同程度的含有乙醇,利用米酒作为反硝化碳源是非常便捷的;（3）利用自酿米酒去除地下水中硝酸盐具有可行性：通过聚乙烯（LLDPE）材质的配水桶、反应桶和储水桶组成的实验装置,开展与米酒为添加碳源的实验研究,研究结果表明,米酒的添加能快速促进硝酸盐去除,但添加量不足会降低硝酸盐去除效果;反硝化菌在环境中普遍存在,不需要进行微生物人工培育,可以通过地下水和砂料提供菌源;微生物生长和活性显著;合适碳氮比（C/N,添加白酒中乙醇碳量与拟处理氮量之比）为1.5-1.8。在这样的碳氮比条件下,会高效去除硝酸盐,不受高浓度溶解氧影响,能有效抑制亚硝酸盐和乙酸盐的积累;（4）碳氮质量比、水砂体积比和温度是影响硝酸盐去除效果的关键因素,硝酸盐初始浓度、溶解氧浓度、pH 值、电导率和中间产物不是主要影响因素：在不同溶解氧条件下,微生物对硝酸盐的降解作用都是可以进行的,溶解氧对于反硝化过程并没有产生明显的抑制作用;温度对反硝化反应的影响较大,硝酸盐去除速率会随着温度的升高逐渐增大;合适的水砂体积比是保证高效去除地下水中硝酸盐的关键。砂量越多,硝酸盐降解速度越快、去除率高,反硝化效果更为理想;（5）现场试验表明,从装置、操作、管理和成本,该方法能够在农村家庭或集体推广：在桂林漓江东区白竹干村设立了两个现场试验点,在农村家庭环境条件下,利用米酒作为反硝化反应所需的碳源,能够达到去除地下水中硝酸盐的目的,并且去除率都能达到100%。 本课题的创新点有如下两点：（1）农村地区白酒（米酒,含乙醇）是一种高效的反硝化作用碳源,容易被人们接受,是家庭自我去除饮用水中硝酸盐的理想材料;（2）率先提出了以白酒（米酒）为碳源的抽出-处理地下水方法,理论基础清晰,处理工艺简单、装置简便、易操作、成本低廉,是一条适合农村家庭（集体）自我修复饮用地下水硝酸盐污染的新思路。 本课题在以上研究的基础上,公开发表学术论文10 篇,其中SCIE 英文论文1 篇,中文核心论文5篇,一般期刊论文2 篇,会议论文（摘要）2 篇。授权发明专利1 件,新型实用专利1 件。参加学术会议7 人次;培养硕士研究生5 人。另外,还有1 篇英文论文投稿SCI 期刊在审,1 篇中文核心期刊论文投稿在审。 本课题成果取得了2项知识产权,目前没有实施转化,但是成果取得的直接或间接效益是显著的,在今后工作中将进一步进行推广应用,“产学研”意义将会发扬光大。