含硝酸鹽廢水處理技術(shù)
硝酸鹽是由金屬離子或銨根離子與硝酸根離子組成的鹽類。
硝酸鹽在水中溶解度高，穩(wěn)定性好，難于形成共沉淀或吸附。因此，傳統(tǒng)的簡單的水處理技術(shù)，如石灰軟化、過濾等工藝難以除去水中的硝酸鹽。
水中的氨氮可以在一定條件下轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，如果長期飲用，水中的亞硝酸鹽將和蛋白質(zhì)結(jié)合形成亞硝胺，這是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，對(duì)人體健康極為不利。
下面，我們就常用的含硝酸鹽廢水 處理技術(shù)做一個(gè)介紹：
含硝酸鹽廢水處理技術(shù) 一、反滲透
常用的反滲透膜有：醋酸纖維素膜、聚酰胺膜和復(fù)合膜。壓力范圍為2070～10350kPa。這些膜通常沒有選擇性。Guter利用醋酸纖維素膜反滲透體系除去硝酸鹽，當(dāng)進(jìn)水硝酸鹽濃度為18～25mg/L，連續(xù)運(yùn)行1000h，硝酸鹽去除率達(dá)65%。Clifford等研究了反滲透系統(tǒng)除硝酸鹽，反滲透膜為聚酰胺膜和三醋酸纖維素膜。在進(jìn)水中加入硫酸和六甲基磷酸鈉可以防止膜結(jié)垢。結(jié)果表明：聚酰胺膜比三醋酸纖維素膜更有效。與離子交換和電滲析相比，反滲透系統(tǒng)成本較高。Rautenbach等利用復(fù)合膜反滲透系統(tǒng)進(jìn)行了中試研究，操作壓力為14Pa，處理能力為2m3/h。
含硝酸鹽廢水處理技術(shù) 二、催化脫氮
Horold等開發(fā)了一種從飲用水中去除亞硝酸鹽和硝酸鹽的方法。結(jié)果表明：在氫氣存在下，Pd-Al合金可有效地使亞硝酸鹽還原成氮?dú)?98%)和氨。Pb(5%)-Cu(1.25%)-Al2O3催化劑在50分鐘內(nèi)可使初始濃度100mg/L的硝酸鹽完全去除。催化劑對(duì)硝酸鹽的去除能力達(dá)3.13mgNO3-/min?g催化劑。約為微生物脫氮活性的30倍。該方法可在溫度為10oC, pH值6～8條件下進(jìn)行，過程易于自動(dòng)控制，適用于小型水處理系統(tǒng)。該工藝目前尚處于研究階段，許多因素，如動(dòng)力學(xué)參數(shù)，催化劑的長期穩(wěn)定性等需要進(jìn)一步研究。
含硝酸鹽廢水處理技術(shù) 三、化學(xué)脫氮
在堿性pH條件下，通過化學(xué)方法可以將水中的硝酸鹽還原成氨，反應(yīng)方程式可表示為：
NO3- + 8Fe(OH)2+ 6H2O → NH3 +8 F(OH)3 + OH-
該反應(yīng)在催化劑Cu的作用下進(jìn)行，F(xiàn)e/NO3-的比值為15:1, 該工藝會(huì)產(chǎn)生大量的鐵污泥，并且形成的氨需要用氣提法除去。Sorg研究過用亞鐵化合物去除硝酸鹽，結(jié)果表明，由于成本太高，此工藝難于實(shí)際應(yīng)用。Murphy等人利用粉末鋁去除硝酸鹽，反應(yīng)主要產(chǎn)物為氨，占60～95%，可以通過氣提法除去。反應(yīng)的最佳pH為10.25，反應(yīng)方程式為：
3NO3- + 2Al + 3H2O → 3NO2- + 2Al(OH)3
NO2- + 2Al + 5H2O → 3NH3 + 2Al(OH)3 + OH-
2NO2- + 2Al + 4H2O → N2 + 2Al(OH)3 + 2OH-
在利用石灰作軟化劑的水處理廠可有效地使用該工藝，因?yàn)槔檬彝ǔ？墒筽H值升高到9.1或以上。因而，調(diào)節(jié)pH值所需的費(fèi)用較低，鋁同水的反應(yīng)可表示為：
Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
當(dāng)pH值為9.1～9.3時(shí)，由于上述反應(yīng)導(dǎo)致的鋁的損失量小于2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，還原1g硝酸鹽需要1.16g 鋁。
含硝酸鹽廢水處理技術(shù) 四、電滲析
Miquel等開發(fā)了利用電滲析技術(shù)選擇性除去硝酸鹽的方法。該方法可使硝酸鹽濃度從50mg/L降低到25mg/L以下，它不需要添加任何化學(xué)試劑。Rautenbach等研究了電滲析法除去硝酸鹽，并與反滲透法進(jìn)行了比較。他們認(rèn)為將硝酸鹽從100mg/L降低到50mg/L，兩種方法的成本大致相當(dāng)。
含硝酸鹽廢水處理技術(shù) 五、離子交換法
離子交換法去除硝酸鹽的原理是：溶液中的NO3-通過與離子交換樹脂上的Cl-或HCO3-發(fā)生交換而去除。樹脂交換飽和后用NaCl或NaHCO3溶液再生。一般地，陰離子交換樹脂對(duì)幾種陰離子的選擇性順序?yàn)椋?/p>
HCO3- < Cl- < NO3-
因此，用常規(guī)的離子交換樹脂處理含硫酸鹽水中的硝酸鹽是困難的。因?yàn)闃渲瑤缀踅粨Q了水中的所有的硫酸鹽后，才與水中的硝酸鹽交換。也就是說，硫酸鹽的存在會(huì)降低樹脂對(duì)硝酸鹽的去除能力。采用對(duì)硝酸鹽有優(yōu)先選擇性的樹脂可以較好地解決這個(gè)問題。這種樹脂優(yōu)先交換硝酸鹽，對(duì)硝酸鹽的交換容量不受水中硫酸鹽的影響。
在樹脂官能團(tuán)NR3+中的N原子周圍增加碳源子數(shù)目可以提高樹脂對(duì)硝酸鹽的選擇性，這種類型的樹脂對(duì)硝酸鹽的選擇性順序依次為：
HCO3-
當(dāng)樹脂上NR3+中的氮原子周圍的甲基變?yōu)橐一鶗r(shí)，樹脂對(duì)硝酸鹽與硫酸鹽的選擇性系數(shù)KSN從100增加到1000。
含硝酸鹽廢水處理技術(shù) 六、生物脫氮
生物脫氮，又稱生物反硝化，是指在缺氧條件下，微生物利用NO3-作為電子受體，進(jìn)行無氧呼吸，氧化有機(jī)物，將硝酸鹽還原為氮?dú)獾倪^程？杀硎緸椋
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
自然界中存在許多微生物，如假單胞菌屬、微球菌屬、反硝化菌屬、無色桿菌屬、氣桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、螺旋菌屬、變形桿菌屬、硫桿菌屬等，能夠在厭氧條件下生長，并還原NO3-成N2。在這個(gè)過程中NO3-或NO2-代替氧作為末端電子受體，并且產(chǎn)生ATP。當(dāng)電子從供體轉(zhuǎn)移到受體時(shí)，微生物獲得能量，用于合成新的細(xì)胞物質(zhì)和維持現(xiàn)有細(xì)胞的生命活動(dòng)。
根據(jù)微生物生長的碳源不同，生物反硝化可分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化。
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