废水中硝酸盐的去除.doc

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1、和废水中硝酸盐的去除工业生产过程中排放的含氮废水，农业上施用的氮肥随雨水冲刷入江河、湖泊，生活污水排入受纳水体等对环境造成的污染越来越严重，已引起人们的普遍关注。这是因为NO3-危害人类健康。NO3-进入人体后被还原为NO2-,NO2-有致癌作用。此外，婴幼儿体内吸入的NO3-进入血液后与血红蛋白作用，将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)而导致形成高铁血红蛋白，高铁血红蛋白与氧发生不可逆结合，引起高铁血红蛋白症。世界卫生组织(WHO)颁布的饮用水质标准规定NO3--N的最大允许浓度为10mg/L，而我国部分省市的地下水中NO3--N含量高达20～50mg/L。　　硝酸盐在水中溶解度高，稳定性好，难于形

2、成共沉淀或吸附。因此，传统的简单的水处理技术，如石灰软化、过滤等工艺难以除去水中的硝酸盐。　　目前，从水中去除硝酸盐的方法有：化学脱氮、催化脱氮、反渗透、电渗析、离子交换、生物脱氮等。本文将在简要介绍这些方法的基础上，着重评述离子交换技术除去水中硝酸盐的原理、方法和应用现状，并与其他方法进行比较。　　1去除硝酸盐的方法　　1.1化学脱氮　　在碱性pH条件下，通过化学方法可以将水中的硝酸盐还原成氨，反应方程式可表示为：　　NO3-+8Fe(OH)2+6H2O→NH3+8F(OH)3+OH-　　该反应在催化剂Cu的作用下进行，Fe/NO3-的比值为15:1,该工艺会产生大量的铁污泥，并且形成的氨需

3、要用气提法除去。　　Sorg[1]研究过用亚铁化合物去除硝酸盐，结果表明，由于成本太高，此工艺难于实际应用。　　Murphy[2]等人利用粉末铝去除硝酸盐，反应主要产物为氨，占60～95%，可以通过气提法除去。反应的最佳pH为10.25，反应方程式为：　　3NO3-+2Al+3H2O→3NO2-+2Al(OH)3　　NO2-+2Al+5H2O→3NH3+2Al(OH)3+OH-　　2NO2-+2Al+4H2O→N2+2Al(OH)3+2OH-　　在利用石灰作软化剂的水处理厂可有效地使用该工艺，因为利用石灰通常可使pH值升高到9.1或以上。因而，调节pH值所需的费用较低，铝同水的反应可表示为：　

4、　Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2　　当pH值为9.1～9.3时，由于上述反应导致的铝的损失量小于2%。实验结果表明，还原1g硝酸盐需要1.16g铝。　　1.2反渗透　　常用的反渗透膜有：醋酸纤维素膜、聚酰胺膜和复合膜。压力范围为2070～10350kPa。这些膜通常没有选择性。　　Guter[3]利用醋酸纤维素膜反渗透体系除去硝酸盐，当进水硝酸盐浓度为18～25mg/L，连续运行1000h，硝酸盐去除率达65%。　　Clifford等[4]研究了反渗透系统除硝酸盐，反渗透膜为聚酰胺膜和三醋酸纤维素膜。在进水中加入硫酸和六甲基磷酸钠可以防止膜结垢。结果表明：聚酰胺膜比三醋酸纤维素膜更有

5、效。与离子交换和电渗析相比，反渗透系统成本较高。　　Rautenbach等[5]利用复合膜反渗透系统进行了中试研究，操作压力为14Pa，处理能力为2m3/h。　　1.3电渗析　　Miquel等开发了利用电渗析技术选择性除去硝酸盐的方法。该方法可使硝酸盐浓度从50mg/L降低到25mg/L以下，它不需要添加任何化学试剂。Rautenbach等[6]研究了电渗析法除去硝酸盐，并与反渗透法进行了比较。他们认为将硝酸盐从100mg/L降低到50mg/L，两种方法的成本大致相当。　　1.4催化脱氮　　Horold等[7]开发了一种从饮用水中去除亚硝酸盐和硝酸盐的方法。结果表明：在氢气存在下，Pd-Al合

6、金可有效地使亚硝酸盐还原成氮气(98%)和氨。Pb(5%)-Cu(1.25%)-Al2O3催化剂在50分钟内可使初始浓度100mg/L的硝酸盐完全去除。催化剂对硝酸盐的去除能力达3.13mgNO3-/min·g催化剂。约为微生物脱氮活性的30倍。该方法可在温度为10ºC,pH值6～8条件下进行，过程易于自动控制，适用于小型水处理系统。该工艺目前尚处于研究阶段，许多因素，如动力学参数，催化剂的长期稳定性等需要进一步研究。　　1.5生物脱氮　　生物脱氮，又称生物反硝化，是指在缺氧条件下，微生物利用NO3-作为电子受体，进行无氧呼吸，氧化有机物，将硝酸盐还原为氮气的过程。可表示为：　　NO3-→NO

7、2-→NO→N2O→N2　　自然界中存在许多微生物，如假单胞菌属、微球菌属、反硝化菌属、无色杆菌属、气杆菌属、产碱杆菌属、螺旋菌属、变形杆菌属、硫杆菌属等，能够在厌氧条件下生长，并还原NO3-成N2。在这个过程中NO3-或NO2-代替氧作为末端电子受体，并且产生ATP。当电子从供体转移到受体时，微生物获得能量，用于合成新的细胞物质和维持现有细胞的生命活动。　　根据微生物生长的碳源不同，生物反硝化可