地下水氮污染原位修复缓释碳源材料的研发与物化-生境协同特性

地下水流速及物质间反应均处于缓慢状态,因此向地下水环境中投加的修复材料应具有缓释性.本研究针对浅层地下水特性及氮赋存特征,以农业废弃物和零价铁(Fe0)为基料,耦合生物、化学反应,开展具有物化-生境协同作用的缓释碳源材料的研发和性能研究.所研发材料具有内核和外壳双层结构.内核为修复基质层,由农业废弃物与Fe0等原料组成.其中,农业废弃物提供微生物所需碳源,Fe0还原水体中硝酸盐氮及DO,快速脱氮并促进厌氧环境形成.外壳为溶质运移渗透层,由原生矿物等组成,可包覆内核材料,减缓内核碳源释放、吸附二次污染物.材料物理测试显示,其内核均匀交联,外壳呈明显均匀孔隙结构(SEM),颗粒强度高达每颗80~105 N,具有良好的机械抗压性;材料密度最低可达1.1 g·cm^(-3),无水中漂浮现象;缓释实验表明,该材料具有良好的碳源缓释性,其总有机碳(TOC)释放量[Max:21~25 mg·(g·L)^(-1)]和速率[Max:0.185 mg·(g·L·d)^(-1)]始终呈现平稳状态,而农业废弃物释碳量[Max:53~75 mg·(g·L)^(-1)]及速率[Max:0.455mg·(g·L·d)^(-1)]波动较大.进一步功能基因丰度分析,材料浸出液有利于反硝化细菌代谢活动.脱氮和捕氧实验初期,该材料体系以Fe0化学脱氮为主,并降低水体DO,有利于反硝化进行;随后,生物反硝化占主导地位,材料脱氮率与其Fe0含量相关性变小,体系形成物化-生境协同脱氮途径.