含硝酸鹽廢水處理技術
硝酸(suan)鹽是由(you)金屬離(li)子或銨根離(li)子與硝酸(suan)根離(li)子組成的鹽類。
硝(xiao)酸(suan)鹽在水中溶解度高，穩(wen)定性好，難(nan)(nan)于形成共沉(chen)淀或吸附。因此，傳統的簡單(dan)的水處(chu)理技術，如(ru)石灰軟化、過濾等工藝(yi)難(nan)(nan)以除(chu)去水中的硝(xiao)酸(suan)鹽。
水(shui)中的(de)氨氮(dan)可以(yi)在一定(ding)條件下(xia)轉化(hua)成亞硝酸(suan)鹽，如果長期飲(yin)用，水(shui)中的(de)亞硝酸(suan)鹽將和(he)蛋白質(zhi)結(jie)合形(xing)成亞硝胺(an)，這是(shi)一種(zhong)強(qiang)致癌物(wu)質(zhi)，對人(ren)體(ti)健康極(ji)為不利。
下面，我們就常用的(de)含硝酸鹽廢水 處理技術(shu)做一個介紹：
含硝酸(suan)鹽廢水處理技術 一、反滲透
常用的反(fan)滲(shen)透膜(mo)(mo)有(you)：醋(cu)酸纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)、聚酰胺(an)膜(mo)(mo)和復(fu)合膜(mo)(mo)。壓力范圍為(wei)2070～10350kPa。這些膜(mo)(mo)通常沒有(you)選擇(ze)性。Guter利(li)用醋(cu)酸纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)反(fan)滲(shen)透體(ti)系(xi)(xi)(xi)除(chu)去(qu)硝酸鹽(yan)(yan)，當進(jin)水(shui)硝酸鹽(yan)(yan)濃度為(wei)18～25mg/L，連(lian)續運行1000h，硝酸鹽(yan)(yan)去(qu)除(chu)率達65%。Clifford等(deng)研究了反(fan)滲(shen)透系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)除(chu)硝酸鹽(yan)(yan)，反(fan)滲(shen)透膜(mo)(mo)為(wei)聚酰胺(an)膜(mo)(mo)和三醋(cu)酸纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)。在進(jin)水(shui)中加入硫酸和六甲基磷酸鈉可以防止(zhi)膜(mo)(mo)結(jie)垢。結(jie)果表明：聚酰胺(an)膜(mo)(mo)比三醋(cu)酸纖(xian)維(wei)素膜(mo)(mo)更(geng)有(you)效。與離子交換和電滲(shen)析相比，反(fan)滲(shen)透系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)成(cheng)本較高(gao)。Rautenbach等(deng)利(li)用復(fu)合膜(mo)(mo)反(fan)滲(shen)透系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)進(jin)行了中試研究，操作壓力為(wei)14Pa，處理能力為(wei)2m3/h。
含(han)硝酸(suan)鹽廢(fei)水(shui)處理技術 二、催化脫氮
Horold等(deng)開(kai)發了一種從飲用水(shui)中(zhong)去除(chu)亞硝酸鹽(yan)(yan)和(he)硝酸鹽(yan)(yan)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)。結果表明：在(zai)(zai)氫氣(qi)(qi)存在(zai)(zai)下，Pd-Al合(he)金可有(you)效地(di)使亞硝酸鹽(yan)(yan)還原成氮(dan)氣(qi)(qi)(98%)和(he)氨。Pb(5%)-Cu(1.25%)-Al2O3催化劑在(zai)(zai)50分鐘內可使初始(shi)濃度(du)100mg/L的(de)(de)(de)硝酸鹽(yan)(yan)完全去除(chu)。催化劑對硝酸鹽(yan)(yan)的(de)(de)(de)去除(chu)能力(li)達3.13mgNO3-/min?g催化劑。約為微(wei)生物脫氮(dan)活性(xing)的(de)(de)(de)30倍。該方(fang)(fang)法(fa)可在(zai)(zai)溫度(du)為10oC, pH值6～8條件下進行，過程易于自動控(kong)制(zhi)，適用于小(xiao)型水(shui)處理系統。該工藝目前尚處于研究階(jie)段，許多因(yin)素(su)，如動力(li)學參數，催化劑的(de)(de)(de)長期穩定(ding)性(xing)等(deng)需要進一步(bu)研究。
含(han)硝酸鹽廢水處(chu)理技(ji)術(shu) 三、化學脫氮(dan)
在堿性pH條件(jian)下，通過(guo)化學方法(fa)可以將水(shui)中(zhong)的硝酸(suan)鹽還原成(cheng)氨，反應方程式可表示為：
NO3- + 8Fe(OH)2+ 6H2O → NH3 +8 F(OH)3 + OH-
該反(fan)(fan)應(ying)在催化(hua)劑Cu的(de)作用下進行，Fe/NO3-的(de)比值為15:1, 該工藝會(hui)產(chan)生(sheng)大量(liang)的(de)鐵污泥，并且形成的(de)氨(an)需(xu)要用氣提(ti)法除去(qu)。Sorg研究過用亞鐵化(hua)合物去(qu)除硝酸鹽，結果(guo)表明，由于成本(ben)太高，此工藝難(nan)于實際(ji)應(ying)用。Murphy等人利用粉末鋁去(qu)除硝酸鹽，反(fan)(fan)應(ying)主要產(chan)物為氨(an)，占60～95%，可以通過氣提(ti)法除去(qu)。反(fan)(fan)應(ying)的(de)最佳(jia)pH為10.25，反(fan)(fan)應(ying)方程(cheng)式為：
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(li)用石灰(hui)作(zuo)軟化劑的水處(chu)理廠(chang)可(ke)有(you)效地使(shi)用該工(gong)藝，因為(wei)利(li)用石灰(hui)通(tong)常(chang)可(ke)使(shi)pH值升高到9.1或以上。因而，調節pH值所需的費用較(jiao)低，鋁同(tong)水的反應可(ke)表示(shi)為(wei)：
Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
當(dang)pH值(zhi)為9.1～9.3時(shi)，由(you)于(yu)上述反應(ying)導致的鋁的損(sun)失(shi)量小于(yu)2%。實驗結果表明，還原1g硝酸鹽需要1.16g 鋁。
含硝酸鹽(yan)廢水處理(li)技術 四、電滲析(xi)
Miquel等(deng)開發了(le)利用電滲析技術選擇性(xing)除去硝酸鹽(yan)(yan)的方法(fa)。該(gai)方法(fa)可使硝酸鹽(yan)(yan)濃(nong)度(du)從50mg/L降低到25mg/L以下(xia)，它(ta)不(bu)需要添加任(ren)何(he)化學試(shi)劑(ji)。Rautenbach等(deng)研究了(le)電滲析法(fa)除去硝酸鹽(yan)(yan)，并與反(fan)滲透法(fa)進行了(le)比較。他們(men)認為將硝酸鹽(yan)(yan)從100mg/L降低到50mg/L，兩種方法(fa)的成本大(da)致相當。
含硝酸(suan)鹽廢(fei)水處理技術 五、離子交換法
離(li)子交(jiao)換(huan)法去除(chu)硝酸鹽的(de)原理是：溶(rong)(rong)液中的(de)NO3-通過(guo)與離(li)子交(jiao)換(huan)樹脂上的(de)Cl-或(huo)(huo)HCO3-發(fa)生交(jiao)換(huan)而去除(chu)。樹脂交(jiao)換(huan)飽和后用NaCl或(huo)(huo)NaHCO3溶(rong)(rong)液再生。一般地，陰(yin)離(li)子交(jiao)換(huan)樹脂對幾種陰(yin)離(li)子的(de)選擇性順序為：
HCO3- < Cl- < NO3-
因此，用常規的(de)(de)離子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)處理含硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)水(shui)中的(de)(de)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)是困難的(de)(de)。因為樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)幾乎交(jiao)(jiao)換(huan)了(le)水(shui)中的(de)(de)所有(you)的(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)后，才與水(shui)中的(de)(de)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)交(jiao)(jiao)換(huan)。也就(jiu)是說，硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)的(de)(de)存在(zai)會降低樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)對硝酸(suan)(suan)鹽(yan)的(de)(de)去除能力。采用對硝酸(suan)(suan)鹽(yan)有(you)優先選擇性的(de)(de)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)可以較好地解決這(zhe)個(ge)問題。這(zhe)種樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)優先交(jiao)(jiao)換(huan)硝酸(suan)(suan)鹽(yan)，對硝酸(suan)(suan)鹽(yan)的(de)(de)交(jiao)(jiao)換(huan)容量不受(shou)水(shui)中硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)的(de)(de)影響(xiang)。
在樹脂(zhi)官能團NR3+中的(de)N原(yuan)子(zi)周(zhou)圍增(zeng)加碳源子(zi)數(shu)目可以提高(gao)樹脂(zhi)對(dui)硝(xiao)酸鹽(yan)的(de)選(xuan)擇性，這(zhe)種類型的(de)樹脂(zhi)對(dui)硝(xiao)酸鹽(yan)的(de)選(xuan)擇性順序(xu)依次為：
HCO3-
當樹脂上NR3+中的(de)氮原子周圍的(de)甲基變為乙基時(shi)，樹脂對硝(xiao)酸鹽與硫(liu)酸鹽的(de)選擇性(xing)系數KSN從100增加到1000。
含硝(xiao)酸(suan)鹽廢水處理技術 六(liu)、生(sheng)物脫氮
生物(wu)脫氮，又稱生物(wu)反硝(xiao)化，是指在缺氧條件下(xia)，微生物(wu)利用NO3-作為電子受體，進行無(wu)氧呼吸，氧化有機物(wu)，將硝(xiao)酸鹽(yan)還原為氮氣的過程。可表示為：
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
自(zi)然界中(zhong)存在(zai)許多微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)，如假單(dan)胞(bao)菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、微(wei)球(qiu)菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、反硝(xiao)化菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、無色桿菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、氣桿菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、產(chan)堿桿菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、螺旋菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、變形桿菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)、硫(liu)桿菌(jun)(jun)屬(shu)(shu)等，能夠在(zai)厭氧(yang)條件下生(sheng)長(chang)，并還原NO3-成N2。在(zai)這(zhe)個過程中(zhong)NO3-或NO2-代替氧(yang)作(zuo)為末端電子受體(ti)(ti)，并且產(chan)生(sheng)ATP。當電子從供(gong)體(ti)(ti)轉移到(dao)受體(ti)(ti)時，微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)獲(huo)得能量，用于(yu)合成新的細胞(bao)物(wu)(wu)質和維(wei)持(chi)現(xian)有細胞(bao)的生(sheng)命活動。
根據微(wei)生物生長的碳源不(bu)同(tong)，生物反(fan)硝(xiao)化可(ke)分為異養反(fan)硝(xiao)化和自(zi)養反(fan)硝(xiao)化。
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