龙子祠泉水污染成因分析及对策研究
作者单位：太原理工大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘玉香;刘文静
授予年度：2022年
摘 要：龙子祠泉是山西省19个岩溶大泉之一,由于其水量充沛、泉水质量比较稳定,是临汾市工业、农业、城镇居民的重要水源。由于受到了气候、人类活动和自然地理环境条件等影响,龙子祠泉域地下水的质量受到了影响。随着公众环境健康意识的不断增强,深入地下水污染研究显得格外重要。因为微生物燃料电池(MFC)在治理污废水的同时还可以提供电能,所以在水体污染物的去除与产能方面有着很好的研究与应用发展前景。目前关于生物阴极MFC治理矿坑水的发展和相关信息仍处于起步阶段,因此本文针对龙子祠的污染源展开调查并研究MFC系统用于矿坑水治理的处理性能,评估各种因素对电力生产和废水处理效率的影响。论文针对龙子祠泉这种地下水出露地表的特殊水体,利用创新水质评价方法评价岩溶泉的泉水水质。根据样品评价结果,泉域岩溶水系与矿坑水大多为V类水,几乎所有样品都出现总硬度(HB)、溶解性总固体(TDS)、硫酸盐(SO)超标,矿坑水还有氨氮、挥发酚含量的超标。根据水质指标的相关性分析,SO和TDS相关性系数为0.963,和HB相关系数为0.898,表现出极强的线性相关性,所以龙子祠中SO含量影响着HB与TDS的含量,SO是解决龙子祠泉域大部分污染的关键指标。根据硫同位素计算结果得出龙子祠泉水中来源于煤系地层的SO比例(16.46%)相比较2004年(14.4%),比例有所升高。龙子祠的主要水化学类型为SO·HCO-Ca·Mg,部分岩溶井水及矿坑水也均有Na的出现,且岩溶泉水两采样点中发现了0.04%的Ferrovum与2%的Acidiphilium(嗜酸菌属),Ferrovum广泛存在于含铁的酸性矿坑水中,与Acidiphilium都属于矿坑水环境中最常见的异养微生物,说明泉域的污染很可能与矿坑水有关。针对龙子祠污染,提出环境治理对策,建议对原有建筑进行环境综合治理,进行合理规划布局,适度培育与公共旅游相关的餐饮、住宿产业,改造泉源区内居民和工业企业生活排水系统、制定生活、工业垃圾的堆放和清运制度;绿地公园建设釆用休闲步道连接景点,营造小桥流水的景观;废弃矿山遗址景点建设方面,对废弃矿山遗址景点进行适度改造,就已有的矿区便道改造为步道,可供游客参观旅游及当地居民锻炼身体绿化泉域。在绿化泉域过程中,引种一些特殊季节树种,供游人观赏同时可在泉源保护区内种少量树木提高环境美感。龙子祠泉域除了污染质通过碳酸盐岩渗漏河段污染岩溶水外,更大的污染风险还在于闭坑煤矿矿坑水,为此需要做专门论述。针对龙子祠的污染,研究MFC用于处理矿坑水这种可能污染源的处理性能,评估各种因素对电力生产和矿坑水处理效率的影响。研究发现,带有SRB生物阴极的MFC可以从阳极液和污泥中产生生物电。闭路条件下,去除率随着电阻增大而减小,开路去除率最低。MFC在100Ω与500Ω时表现出优异的SO降解性能,SO去除率分别达到74.14%和68.94%,COD去除率分别为80.67%和77.84%,100Ω的电压最大,但500Ω条件下高电压稳定且持续时间相对较长,所以确定500Ω为最适电阻。在开路与500Ω条件下过程中对阴极的的硫元素进行衡算,结果表明,SO主要产物为HS、S。闭路条件的MFC系统相比较于开路系统,对SO、H、COD的去除效果均有所加强。在500Ω外电阻条件下,进行了最适污泥添加量研究实验。在60 m L的污泥添加量下获得最大SO去除率(72.1%)。按照污泥添加量为60 m L与外电阻500Ω进行后续实验。Fe含量为200 mg/L时SO的去除率最高,达到74.63%。COD与SO去除率在200mg/L范围内随着Fe浓度增加而增加。在初始p H为3时,SO与COD的处理明显受到了一定程度的抑制。初始p H为3-7范围内,SO还原量随着的p H值的增大而增大,在初始p H为7.0的系统中体现出最大活性,因此,认为该值为MFC的最适p H。C/S比值为1时MFC反应周期最短,C/S比值为2时,SO去除量最多。NO的存在对SO还原有明显抑制作用。出水SO、COD、p H均随着N/S比值增大而增大,在第9天达到稳定值。分析认为,投加了NO的MFC,其p H值升高所以抑制了SRB活性,证明了NO对SO还原的抑制。
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