地下水硝酸盐污染与治理研究进展综述

地下水硝酸盐污染与治理研究进展综述

毕晶晶,彭昌盛,胥慧真

(中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100)

[摘　要]　地下水的硝酸盐污染是全球所面临的一个日益严重的问题,对硝酸盐污染的地下水修复技术的研

究也自然成为近年来国内外学者研究的热点。就地下水硝酸盐污染的机理和途径、对人体及其它生物的危害以及修复技术等方面作了详细介绍,另外,就地下水硝酸盐污染的治理引用了工程实际加以说明。最后指出了未来地下水硝酸盐污染治理研究的方向。

[关键词]　地下水;硝酸盐污染;治理

[中图分类号]　X523 [文献标识码]　A [文章编号]　1004-1184(2010)01-0097-06

[收稿日期]　2009-09-25

[基金项目]　高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目资助[作者简介]　毕晶晶(1985-),女,山东青岛人,硕士研究生,主要从事地下水硝酸盐污染治理研究工作。

Rev iew of Research on Groundwa ter N itra te Pollution and Its Rem ova l

B I J i n g -ji n g,PENG Chang -sheng,XU Hu i -zhen

(College of Environm ental Science and Engineering,Ocean university of China,Q ingdao,266100,Shandong )A bsrt act:The groundwater polluted by nitrates is becom ing an increasing p r oblem in worldw ide .Therefore,for m any scholars from China and abr oad,research on rem ediation technol ogies of polluted groundwater by nitrates has becom e a hot spot in recent years .The article focuses on m echanis m s and ways of nitrate pollution in groundwater,dam age for hum an and other creatures as well as rem ediati on technologies,an overview of situati on on research in recent years has been done .

Keywords:Gr oundwater;nitrate polluti on and removal

水是人类赖以生存的资源,随着人口增长和经济发展,加之人们以前重视经济发展、忽视环境保护的传统观念,导致目前水环境污染问题比较严重[1]。地下水由于具有浊度低、水量丰富、容易获取等特点,在世界上许多地方,都是重要的饮用水水源[2]。在一些干旱或农村地区,地下水甚至是唯一的水源或直接作为饮用水。1998年世界水日的主题为“地下水,看不见的资源”,反映了联合国对地下水的关注。

以地下水为水源的饮用水中,由于与人类健康密切相关,硝酸盐污染引起许多国家的关注。俗称的“蓝婴症”就是由于婴幼儿食用了含硝酸盐的食品或水,致使体内缺氧而在皮肤上出现蓝紫色斑纹,并伴有呼吸短促的症状,严重时可能因窒息而亡。1960年前后,在德国与奥地利交界处一个小村落的200名婴幼儿中,约一半得了“蓝婴症”,其中有1/3死亡,1/3出现缺氧症状。这类惨剧的发生足以引起人们对硝酸盐污染的重视

[3]

。美国的饮用水标准公共卫生部规定,

饮用水中硝酸盐氮的含量不得超过10m g/L [4];我国G B /T

14848-93地下水水质Ⅲ类饮用水标准中规定硝酸盐氮含量

不得超过20m g/L

[1]

。

早在20世纪60年代,美国与欧洲就有因化学氮肥的施用而导致地下水硝酸盐污染的报告。80年代初期,我国地下水污染情况调查结果表明,在西安、长春、成都等城市的地下水中硝酸盐含量已大面积超标

[5]

。本文主要就地下水硝酸

盐污染以及治理方面的研究现状及成果作一综述。

1　地下水硝酸盐污染的过程及危害

1.1　地下水硝酸盐污染转化过程

关于地下水中“三氮”之间的迁移循环转化过程的研究已经比较成熟[6]。一般认为,有机及无机氮转化为硝酸盐主要经历如下过程(如图1所示):①固化过程,大气中79%是氮气,而大多数生物不能直接利用氮气,通过闪电、生物固氮等自然固氮过程,可将大气中的氮气转化成一氧化氮或被固氮菌固定为无机氮化合物,就可以被植物利用;②矿化-吸收过程,有机氮在微生物作用下被转化为NH 4+

-N 并被植

物吸收;③硝化过程,微生物将NH 4+

-N 氧化成NO 2-

-N ,

进而氧化成NO 3

--N;④反硝化过程,化合的氮以气态的氮

(N 2、N 2O 、NO 、NO 2)返回大气层中。氮在饱和土壤层中迁移

转化特征的研究表明:氮主要以硝酸根的形式污染地下水,其循环迁移与地下水运动密不可分[1,7]。

1.2　硝酸盐污染的来源

水污染主要是由于人类的工农业生产和其他社会活动所造成的,地下水中硝酸盐的污染也是如此。农业施肥、生活污水和含氮工业废水的渗漏、固体废弃物的淋滤下渗、污水的回灌、大气沉降等都会引起地下水中硝酸盐浓度的上升

[8]

。

1.2.1　农业施肥造成的污染

自20世纪初实现氮素化肥的人工合成以来,全球农作物

7

9　2010年1月第32卷　第1期 地下水Gr ound water

Jan 1,2010Vol 132　NO 11

单位面积产量的大幅度提高在很大程度上依赖于氮素化肥施用量的不断增加。2002年,我国化肥的施用量达433.9亿

kg,其中氮肥215.7亿kg,约占50%。已有研究表明,过量施

用的氮肥仅有30%～40%被农作物吸收利用,大部分氮肥经各种途径进入环境中,尤其是径流和淋溶损失造成许多地表水和地下水中的硝酸盐含量过高[9]。有研究表明,地下水中的硝酸盐氮引起的污染与氮肥施用量成线性关系

[10]

。

图1　地下水中硝酸盐污染过程示意图

据调查,北京地区地下水中硝酸盐含量持续升高,其增长速度达每年 1.25m g /L ,污染面积已经在3000km 2

以上

[11]。由中国农业科学研究院提供,凡施肥量超过500kg/

hm 2

的地区,地下水的硝酸盐含量基本上都超过饮用水标

准。因此,集中于人口密集的城市周边地区的集约化农田是城市地下水硝酸盐污染的重要来源

[12]

。

1.2.2　生活污水和工业废水的污染

任意排放的生活污水及未达标处理的一些工业废水直接排入江、河、湖、海等自然水体,污染地表水,受污染的地表水又经渗透作用进入地下水中污染地下水。由于此类污水中含有大量的氨氮和有机氮化物,在微生物等的作用下,很容易转化成硝酸盐积累在土壤中,进而污染地下水。据统计,1999年我国工业和城市生活污水排放总量为401亿t,其中工业废水排量为197亿t,占总排放量的49.1%。工业废水和生活污水的排放导致全国78%的河湖水体和85%的城市附近水域遭受不同程度的污染,河水的污染进而影响了沿岸地区地下水水质[13]。

1.2.3　固体废弃物的渗滤下渗污染

我国人口众多,居民的生活垃圾数量也很大。固废和生活垃圾占用大片土地,通过降雨的淋滤渗漏会使污染物随雨水渗入地下含水层,对地下水造成污染。城市生活垃圾含氮量很高,通过对某水源井区垃圾堆放场附近水源井的监测表明,垃圾渗滤液对地下水有明显的污染,井群周围地下水中硝酸盐含量平均每年以 2.6m g/L 的速度升高[14]。另外,由于畜牧业、养殖业的迅速发展,造成其周围的畜禽粪便大量堆积,引起区域性地下水水质污染越来越严重。如美国农场每年由于畜禽粪便的堆积而进入环境中的氮约有650万t 。这些粪便垃圾中所含的氮经淋溶下渗作用进入土壤后,再进一步进入地下水中并被转化为硝酸盐。所以农场或养殖场周围的地下水中硝酸盐均明显超标,是潜在危险较大的污染源

[12]

。

1.2.4　污水回灌引起污染

为了缓解水资源短缺及缺水地区或干旱缺水季节灌溉水源不足的问题,污水灌溉得到了广泛应用。据统计,我国污水灌溉农田面积从1963年的 4.2万hm 2发展到1998年的361.8万hm 2,后者占全国总灌溉农田面积的7.3%[15]。由于我国污水处理水平较低,污灌水严重超标,污染农田、对土壤和农作物形成危害,而且造成对地下水的污染。污水灌溉是我国农村水环境恶化的主要原因之一,如北京一个污水灌溉区连续灌溉3年后,地下水中NH 4

+

-N 平均每年升高

1.04m g/L

[14]

。

1.2.5　大气沉降

汽车、火车、飞机、锅炉等燃烧石油类燃料、煤炭、天然气,会产生大量的氮氧化物。大气中的氮氧化物通过干湿沉降到地面,溶于各类地表水,再进入地下水,造成地下水的污染。有资料表明,美国每年通过大气沉降进入地下水的氮约有320万t [16]。

1.3　硝酸盐污染的危害1.3.1　对人体的危害

通过饮用水和食物链等途径进入人体的硝酸盐,有80%会随着尿液被排出体外,另外20%会储存在人体内。硝态氮在人体内经过消化系统后被转化成亚硝态氮,后者可与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白,使血液失去输氧能力,导致患者呼吸困难甚至死亡[2]。婴幼儿因酶系统发育尚不完全,血红蛋白被氧化成高铁血红蛋白的速度比成年人快得多,更易引起疾病。早在20世纪40年代,美国的https://www.360docs.net/doc/e33353407.html, ley 便报道了由于饮用水中高硝酸盐氮而引起婴儿高铁血红蛋白症的病例[12],瑞典曾在克里斯蒂塔地区对35例癌症患者致病原因进行分析发现,其中有一半以上的病例是因饮用高硝酸盐含量的地下水所致[8]。

除了能引起死亡外,硝酸盐对人类健康的危害有时候是潜在的。硝态氮为具有强烈致癌特性的亚硝酸类化合物的合成提供了物质基础。亚硝酸盐在人体内能合成强致癌物质亚硝胺,它可以诱发消化系统疾病。江苏省南通地区肝癌死亡率偏高,也与当地饮用水中硝酸盐和亚硝酸盐含量较高有关。亚硝酸盐在人体转化及作用示意图如下

:

图2　亚硝酸盐在人体转化及作用示意图

[2]

1.3.2　对动植物的危害

土壤与水中的硝酸盐会被饲料作物吸收并大量累积,在一定的条件下会释放出二氧化氮等气体,浓度高时可以毒死家禽。牲畜若食用了含有大量硝酸盐的饲料(硝酸盐含量超

8

9

过1%)会急性中毒,重者可导致死亡。据报道,硝酸盐氮对牛、羊、猪、狗、兔等的致死量为70～140m g/kg体重[17]。

农作物从土壤或水中吸收过量的硝酸盐后,会引起各种病虫害,影响作物的质量。用含有大量硝酸盐的地下水灌溉农田,会使蔬菜中的硝酸盐含量增高,这种蔬菜中的硝酸盐在长途运输及存储过程中会被催化还原为亚硝酸盐,人食用后就会引起中毒[1]。

2　国内外地下水硝酸盐污染现状目前,地下水仍然是世界上许多地区的主要饮用水源。在亚洲大约有1/3的居民以地下水为主要的饮用水源,美国有50%的城市居民的生活用水和将近90%的农村地区的居民生活用水以地下水为饮用水水源,对于许多郊区、县城和一些大型的城市,地下水甚至是唯一的饮用水源[13]。有些特殊的国家如丹麦和荷兰,几乎全部依靠地下水,法国有65%、瑞士有84%,而在澳大利亚有超过90%的人口依靠地下水。特别是处于干旱地区的城市,地下水的供应显得更为重要,如在沙特阿拉伯,迄今为止地下水仍然是最可利用的水资源[18,19]。我国是一个缺水比较严重的国家,在干旱-半干旱地区和西南岩溶石山地区,地下水是主要的甚至是唯一的供水水源;在地表水相对丰富的东部、南部和沿海地区,地下水也越来越成为重要的供水水源[20]。然而,自上世纪50年代起,由于现代农业和工业化进程,地下水污染,尤其是硝酸盐污染在世界各地不断出现。

2.1　欧美地区地下水硝酸盐污染现状

早在20世纪60年代,美国与欧洲就有因化学氮肥的施用而导致地下水硝酸盐污染的报告[21]。1992年美国环保局研究表明,大约有300万人口,包括43500名婴儿,饮用的地下水中硝酸盐氮浓度超过饮用水水质标准。通过对美国得克萨斯州采集的地下水水样进行监测后得到,该州西部地区地下水中的硝酸盐含量明显高于其他地区。对该州中西和中北部地区采集的地下水水样的监测表明,50%的水样中硝酸盐氮浓度超过最大污染物允许浓度,即10m g/LNO

3

--N。在该州中北部的一个地区,所测水样中有77%超过最大污染物允许浓度,平均浓度值达59.9m g/L[22]。

在法国、俄罗斯和荷兰,地下水中硝酸盐浓度常会达到40～50m g/L,地下水和井水中的硝酸盐有时甚至高达500～700m g/L[12]。

2.2　亚洲地区地下水硝酸盐污染现状

孟加拉国是东南亚地区人口最密集的国家,大部分居民都是靠农业为生。由于农业在该国的重要地位,潜在的硝酸盐污染很可能在不久的将来出现。通过采集在孟加拉国中、东部地区的地下水和河水水样分析发现,在浅层和深层地下水中硝酸盐浓度分别为中部最低为0.10m g/L、最高75.12 m g/L;西部最低0.10m g/L、最高40.78m g/L[23]。

目前,巴勒斯坦和德国的科学家们已经建议加沙地带当局立即着手应对饮用水中高浓度硝酸盐问题。因为在该地区90%的水样被查出含有一定浓度的硝酸盐,这个浓度介于W HO所规定限值的2倍到8倍之间。地下水是生活在加沙地带大部分居民唯一的饮用水来源,有研究表明,在该地区

接受测试的640个婴儿中,有一半婴儿已出现正铁血红蛋白症的迹象。在2001年至2007年间,科学家们分7个时期从该地区的115口市政井和50口自采井中采集了水样进行检测,测得的硝酸盐浓度在31～452m g/L之间,115口市政井中仅有10口井的硝酸盐含量在W HO所规定的限值以下[24,25]。

2.3　我国地下水硝酸盐污染现状

我国对氮污染地下水的研究开始于20世纪80年代。但早在60年代,我国北方一些地区,如辽宁、吉林、河北等省的部分地区,就曾有过“地下肥水”问题的报道,所谓“地下肥水”,就是被硝酸盐污染的地下水[26]。据1978年以来对我国50个城市地下水水质的监测表明,已有21个城市的地下水受到不同程度的硝酸盐污染,特别是北方的几个以地下水为主要供水水源的大城市[1-2,4]。张维理等通过对我国北方14个县市的69个调查点的水质监测发现,半数以上超过饮用水硝酸盐的最大允许量,有的甚至高达300m g/L (NO

3

-)[27]。

青岛市不同市区的经济条件、土地利用方式及其外部经济环境不同,使得各区市地下水中的硝酸盐氮的含量也存在较大差异。2000～2004年间,硝酸盐氮含量最高值为107.0 m g/L,最低为0.11m g/L。以G B/T14848-93规定的20 m g/L为标准,有353个监测点的硝酸盐氮含量超标,超标率为47.71%。污染比较严重的莱西市地下水中硝酸盐氮的平均含量为28.0m g/L,平均超标率为55.92%。其中2002年莱西市的江家庄地下水硝酸盐氮的含量高达107.0m g/L,超标倍数达 4.35[28]。

陈干等通过对合肥市滨湖新区采集的85份地下水水样的监测发现,该地区地下水硝酸盐污染比较严重,其中16%

的水样NO

3

--N含量超过我国规定的20m g/L的标准, 34%的水样NO3--N含量超过世界卫生组织规定的10m g/ L的标准[29]。

总之,我国地下水硝酸盐污染已十分严重,尤其是北方地区;第34届国际水文地质大会上,专家预测我国南方地下水环境质量将以保持相对稳定为主,而北方水环境质量将进一步恶化,其中地下水中硝酸盐污染是北方地下水环境污染的一个重大方面,因此硝酸盐污染防治将是我国地下水污染防治工作的长期任务[30]。

3　硝酸盐污染治理技术

地下水本身具有一定的自净能力,只是更新速度非常慢,平均更新周期是1400年。如此长时间的更新周期就意味着,地下水一旦被污染,仅仅依靠其自身完成全部净化修复几乎是不可能的[3]。近年来,国内外许多研究者对地下水硝酸盐污染的修复技术进行了研究,并取得了较好的成果。硝酸盐去除技术大体分为物理化学、化学及生物处理技术。

3.1　物理化学法去除地下水中的硝酸盐

99

物化方法主要有蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换法等,

用物化方法去除水中的硝酸盐所需要的费用不低,效率却不高。另外,蒸馏、电渗析、离子交换及反渗透都是将硝酸盐集中于介质或废液中,从地下水中去除的硝酸盐又返回到环境中,实际上并没有对其进行彻底的去除,只是发生了硝酸盐污染物的转移或浓缩,所以在实际应用上受到一定的限制[2,8,12]。

3.1.1　蒸馏法

原理是将水变为水蒸汽,再将蒸汽冷凝收集作为处理水,从而去除硝酸盐,其费用高、且去除不具有选择性。并且由于要将水先由液相变为气相,再由气相变为液相,所以非常耗时[2]。

3.1.2　离子交换法

选择性离子交换法脱氮工艺是在离子交换柱内借助于阴离子交换剂上的同性离子和水中的硝酸根离子进行交换反应,从而达到脱氮的目的。此法具有硝酸根去除率高,设备简单,操作易于控制等优点。但树脂需要再生、且再生频繁,产生含有高浓度的硝酸盐、硫酸盐等废水,后处理困难[2]。童桂华等通过对比研究了国内生产的5种阴离子交换树脂(D201、D301、D407、330、717)对水中NO

3

-的吸附解吸情况,研究结果认为,强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂717

和螯合树脂D407对NO

3

-具有较好的吸附解吸性能,可作为去除硝酸盐的选用树脂[31]。

3.1.3　反渗透法(RO)

利用在一定的压力下只允许水分子通过的半透膜将水分子与水中的其它物质分离以实现水的净化,由于运行费用过高、产生的浓缩液需要处理,还去除了地下水中的有益物质,使此法在实际应用中受到一定的限制[2]。

3.1.4　电渗析技术

电渗析是一种较新的膜处理方法,在直流电场作用下,利用交替排列的阴阳离子交换膜的选择透过性,把电解质从水中分离出来的过程,从而将污染物去除。电渗析最先应用于海水和苦咸水淡化制取饮用水和工业用水等,近年来也出现了应用电渗析法去除饮用水中硝酸盐的研究[1]。Rauten2 bach等研究了电渗析法去除硝酸盐,并与反渗透法进行了对比,认为将硝酸盐从100m g/L降到50m g/L,两种方法的成本大致相当[32]。

3.2　化学法去除地下水中的硝酸盐

利用一定的还原剂还原水中的硝酸盐从而去除硝酸盐。目前研究较多的还原剂有金属Fe0、二价铁Fe2+等,硝酸盐

的还原产物可能是NO

2-、NH

3

(NH

4

+、N

2

),而前两种副产物

在饮用水中是不希望出现的[33]。

由于金属铁或二价铁等还原硝酸盐的条件难以控制、易产生副产物,人们设法在其中加入适当的催化剂,以减少副产物的产生,最终将硝酸盐还原成N

2

。目前的研究主要以氢为还原剂、金属Pd-Cu或Pd-Sn等催化剂附载于多孔介质上,催化还原水中的硝酸盐。此技术具有反应速度快、容易管理维护、无剩余污泥和废液副产物等优点。但催化剂的活性与选择性的控制是一个难点,而且氢化作用不完全会形成亚硝酸盐,过强则形成NH

3

(NH

4

+)等副产物,而且存在催化

剂寿命的问题[2]。

张燕等对在间歇式完全混合反应器中催化还原NO

2

-进

行了初步试验,发现在一定的催化剂和H

2

存在的前提下, NO2-可被还原生成N2且反应速率较快,但同时产生副产物

(NH

4

+)[34];还利用Pd-Cu/γ-A l

2

O3悬浮态催化剂和管状陶瓷催化膜,在间歇式完全混合反应器中对脱除地下水中硝

酸盐进行了研究,考察了催化剂、硝酸盐初始浓度、H

2

流量

对还原反应的影响,结果表明,Pd-Cu/γ-A l

2

O3可有效地脱除硝酸盐,总氮的去除率可达81%;同时,催化剂的活性和选择性受到扩散限制和质量传输的影响[35]。

3.3　生物处理技术去除地下水中硝酸盐

利用反硝化菌将硝酸盐降解为氮气的生物过程,一般经

历由NO

3

-→NO

2

-→NO→N

2

O→N2的过程,反硝化菌在有

氧条件下进行呼吸,氧化分解有机物;在无氧条件下,以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体,氧化有机物,同时硝酸盐被转化成对人体无害的氮气[1]。现有的生物脱氮修复技术主要包括原位生物脱氮和反应器生物脱氮。

3.3.1　原位生物脱氮

将受污染的地下水直接在原位进行生物反硝化,是一种运行费用低、操作简便的方法,但必须对地下水的水质情况、水动力系统和有关的水文地质资料有一定的掌握。浙江大学的沈梦蔚作了这方面的研究,结果表明该法具有反应速率较快、操作简单、费用低廉等优点[12];但该技术一般限于地质条件好,污染面积较小的区域[1]。

3.3.2　反应器生物脱氮

生物反应器反硝化脱氮技术是利用人工的生物反应器强化生物反硝化脱氮的方法。具有代表性的有法国的N itra2 zur、B i odenit,德国的D enipor等装置。前者以活性炭和沙子为生物载体,利用乙醇或乙酸作为碳源,运行发现硝酸盐的去除效率大于70%[2]。

自养生物脱氮是以CO

2

为碳源,H

2

、还原态硫化物为电子供体,可分为氢自养反硝化和硫自养反硝化,该法的特点是污泥量和有毒有害物质少。据研究,自养脱氮比异养脱氮

产生的污泥量少50%,但H

2

易燃、易爆、溶解度低,很难充分利用[2,8,12]。

异养生物脱氮以有机碳如甲醇、乙醇、醋酸等有机酸类、醇类为反应基质,该法反应速率比自养生物脱氮快,单位体积反应器的处理量大,但若有机碳源的投加过量会造成二次污染,投加量少则反硝化不完全,且反应过程中产生的污泥量较大,后续处理比较麻烦[2,8,12]。

3.4　渗透反应墙技术(PRB)

该技术是指在污染水土原位设置一个填充有活性反应介质的反应屏障区,当地下水通过该反应屏障区时,污染物质依靠自然水力运输通过预先设计好的介质,介质对溶解的有机物、金属及其他污染物进行降解、吸附、沉淀等,达到对污染土壤及地下水进行修复的目标。该技术的思想最早于

001

1982年由美国环保局提出,由于具有能进行持续的原位处理、价格相对便宜及对环境影响小的特点,在欧美发达国家已得到了广泛的应用[36]

。以下是渗透反应墙技术的示意图。

PRB 的应用范围比较广,包括重金属等造成的地下水污

染的修复[38]

,如在加拿大一个工业地点,由于存储硫化物精

矿,导致地下水广泛的重金属污染。通过在污染羽状体流向上安装了小规模的灰泥硫酸盐还原PRB ,使用硫酸盐还原细菌,以促进可溶性金属硫化物形式存在的重金属沉淀出来

[39]

。

有机污染物如苯、甲苯和二甲苯等污染的地下水的就地恢复,B ianchi 等利用M g O 2为化合物去除地下水中的苯和甲苯;运行18d 后,在离井源0.5m 以及更远的监测井的水中,苯和甲苯均低于

0.5m g/L [40]。

图3　渗透反应墙技术示意图[37]

一些无机阴离子S O 4

2-

、NO 3-

等污染的地下水的修

复[41],Robertson 等研究表明,PRB 能将污水处理厂排出的含

90m g /LNO 3

--N 的水迅速降解到10m g/L 以下

[42]

。

4　地下水硝酸盐污染治理的工程实践

目前,硝酸盐污染治理技术虽然包括物化法、化学法及生物法,但大部分仍处于实验室探索阶段,很少只有中试的报道,而有关渗透反应墙技术在实际工程实践中的应用在国外已有不少报道。

渗透反应墙技术的思想早在1982年已被提出,但在整个

20世纪80年代,这一全新的技术并没有得到进一步发展。

直到1989年,加拿大滑铁卢大学的研究人员认识到该技术的潜能,并对其进行了进一步的研究开发

[43]

。通过大量的

试验,于1991年在加拿大安大略省的保登基地首次实地进行了渗透性反应墙原位处理地下污染水的现场演示,污染羽状体长4m 、宽2m 、厚1m 。污染羽状体轴线最高浓度为:

PCE =250m g/L ,TCE =43m g /L 。反应墙厚90cm ,反应介质

是38%天然粗砂和22%的商用磨砂铁粒。运行四年,PCE 和TCE 的去除率分别为86%和90%[44]

。1994年,该技术被

应用在美国加利福尼亚州森尼维尔市的一个受污染场地,这

是该技术首次被应用于商业

[45]

。迄今为止,在北美和欧洲

已经建造安装了超过120座活性渗透反应墙[43]

。

1997年12月,在澳大利亚东南部一个企业发生石油溶

剂油的泄漏事件,约3000L 溶剂油渗漏到企业附近的土壤中。被污染的地下水利用隔水漏斗-导水门式渗透反应墙

结构来处理。经过10个月的处理后,发现该结构处理溶解相的石油烃非常有效。对单环芳烃,其处理效率为63%～

96%,而最低的去除效率也达到了54%

[46]

。

PRB 用于处理地下水中的硝酸盐在国外也有应用实例。1993年,在加拿大安大略省一所公立学校的广场处安装的渗

透反应墙,目的是处理由PO 43-和NO 3-污染的地下水,安装费用为5000美元;运行一年后取样监测NO 3-,两年后同时监测PO 43-和NO 3-得,NO 3-由最初的23～82m g /L 降至不到2m g/L ,而PO 43-由 1.0～1.3m g /L 降0.3m g /L [37]。

PRB 技术在国外已取得比较好的去除效果及实地应用

的实例,但在国内对该技术的研究大部分还是处于实验室阶段,主要集中于材料和机理的研究。董军,赵勇胜等用双层

PRB 技术处理垃圾填埋场地下水,两层反应器前后布有模拟

含水层,结果表明,经过第一层反应器后,BOD5/COD 值从开始的0.32L 至0.75,可见零价铁对复杂有机物向简单有机物转化起了一定的作用,增强了有机物的可生物降解性[47]。李金英等通过实验验证了PRB 对地下水中重金属、有机物和三氮等污染物均有较好的去除效果,去除率达到85%以上

[48]

。

5　地下水硝酸盐污染控制研究中尚存

在的一些不足

目前,关于地下水中硝酸盐的迁移转化机理、污染来源及去除方法等方面的研究工作已有较大的进展,但依然存在一些不足,如:

(1)地下水硝酸盐污染是全球普遍存在的问题,已有的

技术及工程实例只能局部的去除地下水中的硝酸盐,但对大面积的去除仍没有很好的方法,是今后研究的重点之一;

(2)迄今为止,在地下水污染防治方面所做的工作大都

以保护地下水作为饮用水源为目的,而缺少或未重视被污染的地下水对地表水体污染的机理和贡献的研究

[49]

;

(3)从目前的研究来看,农业氮肥及有机肥的施用是引

起地下水硝酸盐污染的一个重要原因,但在如何通过控制化肥的施用量、施肥时间及肥料固定化等方面从源头上控制硝酸盐的污染,目前的研究还比较少。

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