水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

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 +8 F(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：

 

　　 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。