基于改性贝壳-释氧复合材料的地下水-地表水氨氮渗透反应格栅修复技术研究

Nitrogen pollution is severe in China. 73.8% of the groundwater quality of the sanples collected from 641 wells in Guangdong and other 7 Provinces in 2009 while 56.3% of the surfacewater quality of the samples collected from 398 national monitoring spots in 2010 shown Ⅳ~Ⅴ grade, and ammonia was the primary contaminant. Moreover, river network was developed in Yangtze river delta and Zhu river delta, contaminated surfacewater would probably cause groundwater pollution owing to the hydrolic conection. <Tecnical development plan of national environmetal protection of 13th five-year period> indicated that research on groundwater pollution process and contaminants migration mechanism is a primary study task and co-remediation technique on groundwater and suferfacewater is a key point of the development of envirnmental technology. Focused on adsorption-biooxidation technique and ammonia pollution in water environment, this study is aiming to develop new composite material for ammonia remediation, and conceptual model of permeable reactive barrier is modified and used in river remediation, thus ammonia remediation technique on both suferfacewater and groundwater is intergrated and developed, which is of great importance on water environment study and application.

我国地下水、地表水氮污染问题均较为突出，2009年对广东等8省（区、市）641眼井的水质分析结果显示，Ⅳ类~Ⅴ类的占73.8%；2010年398个河流国控断面中，Ⅵ~Ⅴ类断面占比为56.3%，主要污染指标均为氨氮。特别在我国长三角、珠三角地区，地表水系发达而与地下水水力联系密切，受污染地表水极易对地下水造成进一步污染。《国家环境保护“十三五”科技发展规划纲要》指出，未来主要任务之一是地下水污染过程与迁移规律研究，地表水与地下水协同控制技术为未来技术创新研发和支撑环保高效治理的一项关键点。因此，本项目以“吸附-生物氧化”技术为核心，以地下水中的氨氮为目标污染物，力图开发一种新的复合修复材料实现水环境中氨氮的污染修复；同时，将地下水“渗透反应格栅”的理念同时应用于河流水污染修复中，研究“地下水-地表水”一体式反应格栅构建方法，探索地表水-地下水氨氮污染同步修复技术，具有重要研究意义和应用价值。

本项目针对以深圳市龙岗河流域为代表的南方地区包气带厚度较小、地表水-地下水发达互联且氨氮为水环境主要污染物的现实条件和问题，从南方地区常见的废弃牡蛎壳资源化利用出发，研发改性牡蛎壳-释氧复合材料，将渗透反应格栅修复地下水的反应原理进一步拓展为地表水-地下水一体化修复技术原理，结合水环境氮污染电化学修复技术，开展了一系列实验研究。结果显示，煅烧改性后牡蛎壳吸附能力较未煅烧提升，700℃1小时煅烧条件下，牡蛎壳对氨氮的吸附量约为0.07 mg/g，符合准二级吸附动力学方程；实验制备的复合材料在90天的实验期内结构和释氧量稳定，经酸洗生物挂膜后牡蛎壳对水中氨氮去除能力显著提升，实验条件下硝化区氨氮浓度降幅约80%，在整个反应阶段实验装置总氮去除率约在20%~70%之间；不同装填介质及pH等环境条件影响反应区微生物种群特征；以混装填料和外加电源形成的一体式电化学装置对水环境中氨氮具有较好去除效果，在近50天的实验期内，装置出水氨氮浓度降幅约为66%，模拟河流位置氨氮浓度降幅约90%。本项目在废弃物资源化利用与水环境氨氮污染修复方面进行了探索，成果有望在相关领域推广应用。