近年來，***范圍內(nèi)的地下水污染日趨嚴(yán)重，其中硝酸鹽氮的污染不斷加劇。因硝酸鹽氮在水和土壤中的高溶解性和遷移性以及生活污水和工業(yè)廢水的直接排放、含氮化肥的大量使用、污水灌溉以及畜禽糞便和其他含氮固廢的淋濾下滲，使得地下水中硝酸鹽氮濃度不斷增加，2006—2012年，河北省地下水中硝酸鹽氮平均含量增加了46.42%。硝酸鹽氮可在人體中轉(zhuǎn)化，直接、間接地危害人體健康，因此研究地下水中硝酸鹽氮的脫除具有重要意義。目前所采用的離子交換、電滲析、反滲透等處理技術(shù)，因運(yùn)行費(fèi)用高、操作復(fù)雜、需后處理，而受到限制;單質(zhì)鐵化學(xué)還原法脫氮技術(shù)，因需調(diào)節(jié)水質(zhì)pH反應(yīng)條件難以控制，且伴有副產(chǎn)物氨氮生成，而無法推廣應(yīng)用;生物反硝化脫氮因地下水中缺乏碳源，而無法滿足脫氮要求;利用投加液態(tài)碳源進(jìn)行反硝化脫氮，因投加量難控會(huì)導(dǎo)致出水有機(jī)物風(fēng)險(xiǎn);利用人工合成聚合物固態(tài)碳源進(jìn)行反硝化脫氮，因成本高、對(duì)溫度和pH要求高、需額外投加微量元素克服其化學(xué)成分單一性而難以實(shí)施;利用天然生物質(zhì)進(jìn)行反硝化脫氮，會(huì)出現(xiàn)生物可利用性低、反硝化效率低、亞硝酸鹽氮積累等問題;利用Fe0與棉花組合，雖可有效降低水中硝酸鹽氮濃度，但無法克服Fe0的鈍化影響。目前，水體脫氮研究多集中在為生物反硝化提供更佳的碳源或?qū)⑸锱c化學(xué)多種方法組合等。
研究利用自制微電解化學(xué)催化顆粒與天然生物質(zhì)制成耦合生物載體，將化學(xué)還原與生物反硝化相結(jié)合高效脫氮，通過研究耦合生物載體脫氮的可行性和穩(wěn)定性，以及反應(yīng)器中微生物群落結(jié)構(gòu)，探究其脫氮機(jī)制，為地下水硝態(tài)氮脫除提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
實(shí)驗(yàn)材料和方法
實(shí)驗(yàn)材料
自制微電解化學(xué)催化固體顆粒以鐵、碳、多元催化劑為主要原料燒制而成[8,16]，如圖1(a)所示，其直徑10~20 mm，比重1 200 kg·m−3，比表面積32.017 m2·g−1，孔隙率46%，物理強(qiáng)度≥600 kg·cm−2。粗糙多孔，利于傳質(zhì)及微生物附著，并且可發(fā)生原電池反應(yīng)還原硝酸鹽氮。天然生物質(zhì)絲瓜絡(luò)含有79.5%左右的纖維素、13.6%左右的木質(zhì)素，在水中可分解產(chǎn)生多糖或單糖等小分子糖類，為微生物提供一定的營養(yǎng)。將絲瓜絡(luò)經(jīng)水洗風(fēng)干后切割成50~100 mm，并于40 ℃烘干，與微電解化學(xué)催化固體顆粒組合制成如圖1(b)所示的耦合生物載體。