Кратко, по пунктам.
1) Химическая интерпретация источников загрязнения
- Нитраты: типично из минеральных удобрений (нитраты/аммонийные соли), внесённых в поле, и из навоза/жидких стоков; проникновение через грунт, поверхностный сток, дренаж. Возможна подпитка из септиков/животноводческих сточных вод.
- Фенол: промышленные стоки (производство химикатов, лакокрасочные, нефтепереработка), разложение пестицида- или инсектицидосодержащих препаратов, побочные продукты биодеградации и сжигания органики; также бытовые/промышленные объединённые стоки в агрозоне.
2) Возможные химические и биохимические трансформации в водной среде
- Азот:
- Минерализация органического N -> аммоний: $\mathrm{R}-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}->\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{R}-\mathrm{OH}$ (микробная).
- Нитрификация (аэробно):
$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+1.5{\mathrm{O}}_2->\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+2{\mathrm{H}}^{+}$,
$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}+0.5{\mathrm{O}}_2->\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$.
- Денитрификация (аноксично, органический углерод как доноp e^-): обобщённо
$5\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+4\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}->2{\mathrm{N}}_2+5\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+7{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
- Альтернативы: DNRA (нитрат -> аммоний): $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}->\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$; anammox: $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}->{\mathrm{N}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
- Условия важны: $O_2$, pH, температура, содержание органики — влияют на направление реакций и накопление нитритов/аммония.
- Фенол:
- Аэробная микробная деградация: гидроксилирование до катехолов/гидрохинонов с дальнейшим расщеплением кольца и минерализацией до $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ и ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
- Анаэробная трансформация возможна, но медленнее (редуктивные пути, сопряжённые с нитратовой/сульфатной редукцией).
- Фотолиз и фотокаталитические реакции при солнечном облучении: разложение и образование промежуточных кислых/альдегидных продуктов.
- Хлорирование/хлорирование при обработке воды приводит к образованию более токсичных хлорфенолов/диоксинов — риск при дезинфекции.
- Сорбция на органическом веществе/осадке уменьшает подвижность, но может служить резервуаром.
3) Методы химической ремедиации (и комбинированные решения)
- Снижение источника (предпочтение): оптимизация применения удобрений, буферные полосы, хранение навоза, контроль дренажа.
- Для нитратов:
- Биологическая денитрификация (in‑situ или реакторы): биофильтры/реактор с анаэробным участком и донором органического углерода (метанол, ацетат, древесные щепки). Эффективно, экономно.
- Пермеабельные реактивные барьеры (PRB) с нулевальным железом (ZVI) или органическим субстратом: восстановление нитратов, возможна реакция с ZVI и биостимуляция.
- Ионообменные смолы (анионные) и обратный осмос для питьевой воды: быстрый и надёжный, требует утилизации концентрата.
- Электрохимическое восстановление нитратов (на катоде): промышленно редко, но применимо локально.
- Для фенола:
- Активированный уголь (GAC) — адсорбция для полировки; эффективен, требует регенерации/утилизации осадка.
- Окислительные методы (AOP): Фентон/фото‑Фентон ($\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2->\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}+\cdot \mathrm{OH}$), UV/${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$, озонирование. Преобразуют фенол в биодоступные/низкотоксичные продукты и/или минерализуют; контролировать образование побочных продуктов (бромат при наличии Br^-).
- Перманганат/хлорное окисление — быстро разрушают фенолы, но дают побочные продукты и требуют дозирования.
- Биологическая очистка (аэробные биореакторы, биоплёнки) — экономична при умеренных концентрациях; часто сочетать с предобработкой (AOP) для снижения токсичности и повышения биодеградации.
- Электрохимическая окисление/редукция — эффективно, но энергозатратно.
- Фиторемедиация/constructed wetlands — для системного снижения; сочетание сорбции, биодеградации и фотодеструкции.
- Рекомендованные комбинированные схемы для смешанного загрязнения:
- Снижение источника + прифильтрационные меры (буферные зоны).
- Для высоких концентраций фенола: первичное AOP (уменьшение токсичности), затем биологическая стадия для оставшихся фенолов и денитрификация нитратов; финальная полировка GAC.
- Для сельскохозяйственных стоков: древесно‑щепные денитрификационные реакторы или прибрежные влажные зоны + пассивные ZVI‑барьеры; GAC или AOP для очагов фенола.
- Важные замечания при выборе:
- Контролировать pH (напр., Фентона оптимально при $pH\approx 3$), содержание бромидов (риск броматов при озоновании), наличие органического углерода, DO, темп. и микробную экосистему.
- Оценивать образование вторичных токсичных продуктов (хлор/хлорфенолы, броматы, нитрозосоединения).
- Мониторинг: $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$, $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}$, $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$, суммарный N, фенол/ТОС/БПК/ХПК, DO, pH, Eh.
Короткая практическая рекомендация: начать с источечного контроля + анализировать концентрации и матрицу воды; при высоком феноле — AOP → биологическая обработка → GAC; для нитратов — пассивные биологические денитрификаторы (деревянные щепы/влажные зоны) или PRB/ZVI для локальных очагов.