如何处理含0.8％硝酸钠的饱和氯化钠盐水？如前所述，鉴于不处理硝酸钠

水处理工艺: 硝酸盐去除的方法和比较

【摘要】本文简要介绍了几种去除水中硝酸盐的方法，包括化学反硝化，催化反硝化，反渗透，电渗析，离子交换和生物反硝化. 在此基础上，重点讨论了离子交换技术去除水中硝酸盐的原理，方法和应用现状，并与其他方法进行了比较.

关键词: 硝酸水处理离子交换反硝化

工业生产过程中排放的含氮废水，农业中使用的氮肥被雨水冲刷到江河和湖泊中，生活污水排放到接收水体中. 对环境的污染越来越严重电解硝酸钠ph，引起了广泛的关注. . 这是因为NO3危害人类健康. NO3-进入人体后被还原为NO2-，NO2-具有致癌作用. 此外，婴幼儿吸入的NO3进入血液并与血红蛋白反应，将Fe（Ⅱ）氧化为Fe（Ⅲ），导致形成高铁血红蛋白，它与氧气不可逆地结合，导致高铁血红蛋白血症. 世界卫生组织（WHO）颁布的饮用水水质标准规定，NO3--N的最大允许浓度为10mg / L，而中国某些省市的地下水中NO3--N含量较高. 浓度为20-50mg / L.

硝酸盐在水中的溶解度高，稳定性好，因此很难形成沉淀或吸附. 因此，传统的简单水处理技术，例如石灰软化和过滤，很难去除水中的硝酸盐.

目前，从水中去除硝酸盐的方法有: 化学反硝化，催化反硝化，反渗透，电渗析，离子交换，生物反硝化等. 本文将简要回顾离子交换技术的原理，方法和应用现状. 这些方法的简要介绍，并与其他方法进行比较.

1种去除硝酸盐的方法

1.1化学反硝化

在碱性pH条件下，可以通过化学方法将水中的硝酸盐还原为氨. 反应方程式可以表示为:

NO3- + 8Fe（OH）2 + 6H2O→NH3 + 8F（OH）3 + OH-

反应在催化剂Cu的作用下进行. Fe / NO3-的比例为15: 1. 此过程将产生大量铁淤渣，并且需要通过气提除去形成的氨.

Sorg [1]研究了使用亚铁化合物去除硝酸盐的方法，结果表明该方法由于成本高而难以实际应用.

墨菲[2]等. 用铝粉去除硝酸盐. 反应的主要产物是氨，占60-95％，可以通过气提除去. 该反应的最佳pH为10.25，反应方程为:

3NO3- + 2Al + 3H2O→3NO2- + 2Al（OH）3

NO2- + 2Al + 5H2O→3NH3 + 2Al（OH）3 + OH-

2NO2- + 2Al + 4H2O→N2 + 2Al（OH）3 + 2OH-

此方法可有效地用于使用石灰作为软化剂的水处理厂，因为使用石灰通常会将pH值提高到9.1或更高. 因此，调节pH值所需的成本很低，铝与水的反应可以表示为:

Al + 6H2O→2Al（OH）3 + 3H2

当pH值为9.1至9.3时，由于上述反应引起的铝损失小于2％. 实验结果表明，减少1g硝酸盐需要1.16g铝.

1.2反渗透

通常使用的反渗透膜是: 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]使用醋酸纤维素膜反渗透系统去除硝酸盐. 当进水硝酸盐浓度为18-25 mg / L时，连续运行1000 h，硝酸盐去除率达到65％.

Clifford等. [4]研究了通过反渗透系统去除硝酸盐的方法. 反渗透膜是聚酰胺膜和三乙酸纤维素膜. 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，聚酰胺膜比三乙酸纤维素膜更有效. 与离子交换和电渗析相比，反渗透系统的成本较高.

Rautenbach等人[5]使用复合膜反渗透系统进行了一项试点研究，该系统的工作压力为14 Pa，处理能力为2 m3 / h.

1.3电渗析

Miquel等. 开发了一种使用电渗析技术选择性去除硝酸盐的方法. 该方法可将硝酸盐浓度从50mg / L降至25mg / L以下，无需添加任何化学试剂. Rautenbach等人[6]研究了电渗析去除硝酸盐的方法，并将其与反渗透进行了比较. 他们认为将硝酸盐从100mg / L降至50mg / L，两种方法的成本大致相同.

1.4催化反硝化

Horold等[7]开发了一种从饮用水中去除盐和硝酸盐的方法. 结果表明，在氢存在下，Pd-Al合金可以有效地将盐还原为氮（98％）和氨. Pb（5％）-Cu（1.25％）-Al2O3催化剂可在50分钟内完全去除初始浓度为100mg / L的硝酸盐. 该催化剂去除硝酸盐的能力为3.13mgNO3- / min·g催化剂. 大约是微生物反硝化活性的30倍. 该方法可以在10°C的温度和6至8的pH值下进行. 该过程易于自动控制，适用于小型水处理系统. 该工艺仍处于研究阶段，催化剂的动力学参数和长期稳定性等诸多因素有待进一步研究.

1.5生物脱氮

生物反硝化，也称为生物反硝化，是指微生物利用NO3-作为电子受体进行厌氧呼吸，氧化有机物并将硝酸盐还原为氮的过程. 可以表示为:

NO3-→NO2-→NO→N2O→N2

自然界中有许多微生物，例如假单胞菌，微球菌，反硝化细菌，无色杆菌，Aerobacter，产碱菌，Spirobacter，Proteus，Thiobacillus Wait，可以在厌氧条件下生长并将NO3-还原为N2. 在此过程中，NO3-或NO2-取代氧作为末端电子受体并生成ATP. 当电子从供体转移到受体时，微生物获得能量，该能量被用于合成新的细胞材料并维持现有细胞的生命活动.

根据微生物生长的碳源不同，生物反硝化可分为异养反硝化和自养反硝化.

1.6离子交换法

离子交换法去除硝酸盐的原理是: 通过与[wiki]离子交换树脂[/ wiki]上的Cl-或HCO3-交换来去除溶液中的NO3-. 树脂交换饱和后，用NaCl或NaHCO3溶液进行再生.

通常，阴离子交换树脂对几种阴离子的选择性顺序为:

HCO3- ＜Cl- ＜NO3- ＜SO42-

因此，用常规的离子交换树脂难以在含硫酸盐的盐水中处理硝酸盐. 因为树脂几乎交换水中的所有硫酸盐，所以它与水中的硝酸盐交换. 换句话说，硫酸盐的存在会降低树脂去除硝酸盐的能力. 使用对硝酸盐具有优先选择性的树脂可以更好地解决这个问题. 该树脂优先交换硝酸盐，而硝酸盐的交换容量不受水中硫酸盐的影响.

增加树脂官能团NR3 +中N原子周围的碳源数量，以提高树脂对硝酸盐的选择性. 这类树脂对硝酸盐的选择性顺序为:

HCO3- ＜Cl- ＜SO42- ＜NO3-

当树脂上NR3 +中氮原子周围的甲基变成乙基时电解硝酸钠ph，树脂对硝酸盐和硫酸盐的选择性系数KSN从100增加到1000.

Clifford等的结果. [8]表明，增加离子交换位点之间的距离可以降低对硫酸盐的选择性，增加树脂基团和官能团的疏水性可以提高对硝酸盐的选择性. 该树脂对硝酸盐的选择性的增加可以归因于以下事实: 随着烷基碳源数量的增加，其体积增加并且占据更多的空间，从而导致树脂的空间张力增加. 为了减少这种空间张力，NO3-具有比SO42-更强的能力.

Guter等人的研究结果. [3]表明，与三甲胺树脂相比，当三乙胺树脂处理含1.5meq / LNO3-和6.5meq / LSO42-的进水时，树脂床的寿命可以延长62％，再生剂的量可以达到减少了25-50％. 因此，降低了离子交换过程的运行成本.

Korngold等人的研究结果. [9]表明海水可以用作树脂再生剂.

Eliassen等人的研究. [10]表明，使用强碱性阴离子交换树脂可以将活性污泥处理厂出水中的NO3浓度从18mg / L降低到6.8mg / L，处理后的水量达到200BV（床体积）. ）. 当进水中存在有机物时，很容易引起树脂堵塞. 在回洗水中添加溶胀的粘土将有助于树脂的恢复. 用1N NaOH和1N HCl再生树脂.

Viraraghavan等人的研究. [11]表明水中存在二氧化硅和铁沉积会降低树脂去除硝酸盐的能力.

Gaunlett [12]研究了在离子交换闭环中连续去除硝酸盐的情况.

Guter [3]研究了使用离子交换技术去除16至23 mg / l浓度的地下水中的NO3--N.

Lauch等. [13]研究了通过离子交换树脂工艺去除NO3-的实际操作. 选择的树脂是具有155m3 / h处理能力的非硝酸盐选择性树脂. 用饱和盐水使树脂再生. 废盐水进入城市污水处理厂的曝气池. 总加工成本（包括投资，运行和维护成本）折合0.53元/吨. 投资成本包括设备和基础设施成本，运营成本包括人工，功耗，树脂和再生剂. 处理厂的能耗为0.064kW·h /吨. 每处理一吨进水产生的废水量为1.4升盐水，6.6升树脂水和10.3升反冲洗水.

Clifford等. [4]进行了长达15个月的中试研究，以比较和评估离子交换，反渗透和电渗析去除饮用水中NO3-的三个过程. 进水包含: 18-25mg / LNO3-，43mg / LSO42-，530mg / L总溶解固体（TDS）. 结果表明，以上三个过程均可将NO3的浓度降低至10mg / L以下. 离子交换过程在500 mg / L的废水中具有较高的TDS. 硝酸盐的穿透始终在硫酸盐的穿透之前，通常是伴随着pH值的增加. 当进水中SO42-浓度从42.5mg / L增加到310mg / L时，硝酸盐的穿透时间从400BV减少到180BV.

树脂的再生和再生剂的处理是离子交换工艺应用的重要因素.

Guter等. [14]报道了一个处理能力为155 m3 / h的工厂的运行，该工厂使用离子交换工艺去除了NO3-. 结果表明，每年的食盐消费量达到250吨. 因此，处置大量废盐水将是一个非常重要的问题. 对于已经运营20年的工厂，回收成本大约是初始设备成本的两倍.

Clifford等. [15]研究了树脂的再生方法，并认为离子交换柱的部分再生方法（如洗脱60％NO3-）比完全再生方法（如洗脱95％以上的NO3-）更经济.

Lanch [13]等人的研究结果表明，离子交换过程的经济性是反渗透过程的5倍.

Richard [16]的研究表明，与生物反硝化方法相比，离子交换工艺处理厂的投资要便宜2.5至3倍，其运行成本也比生物反硝化方法便宜.

Richard [16]报告说，1985年，法国有6家工厂使用离子交换技术处理NO3，总处理能力为576m3 / h.

Woodword [17]报告说，1990年，英国第一家离子交换处理制造商正式投入运营，处理能力为288m3 / h. 使用的树脂是硝酸盐选择性树脂，进水容量为170meq / L，NO3-浓度大于18mg / L，树脂再生所需的盐量达到每天1000kg. 在离子交换塔和处理设备的管道中观察到碳酸钙沉淀. 加酸可以控制CaCO3沉淀的形成.

Philipot [18]和其他人已经开发出一种新的过程，可以朝着同一方向交流和再生. 硝酸盐的浓度可以从15.8mg / L降低到5.7mg / L. 系统可以控制NO3-的泄漏量小于3.4mg / L，再生剂的用量为90gNaCl /升树脂.

缺乏对合成树脂再利用过程中有机成分的耐受性的深入研究，阻碍了离子交换工艺在饮用水中NO3-去除中的应用.

Dore [19]等. 研究了用盐水再生的强碱性阴离子交换树脂去除NO3后的废水质量. 结果表明，从树脂上洗脱的单体成分为: 苯乙烯，二乙烯基苯，三甲胺及其衍生物. 用NaOH，蒸馏水，HCl溶液对树脂进行预处理后发现，蒸馏水可以消除大部分可溶解的单体成分，并且该树脂不会增加废水中的有机成分. 相反，该树脂可以吸收进水中的某些微污染物，例如芳族化合物，氯化，杀虫剂，亚硝胺等. 因此，离子交换过程不会向处理后的废水中添加有毒的有机污染物.

来自离子交换过程的流出物中的p-Cl浓度增加，并且碱度降低，从而导致锌从水管中选择性浸出的可能性增加. 这种性能称为水的“脱锌潜力”. 当水中的Cl浓度（mg / L）与碱度（以mg / LCaCO3表示）之比大于0.5时，该水可视为脱锌水. 可以通过以下措施控制离子交换工艺废水的脱锌潜力: ①在配水之前安装一个大的混合槽； ②用盐水使树脂再生，然后用碳酸氢钠溶液冲洗（二次再生系统）； ③提高树脂的NO3突破浓度.

Croll等[20,21]发现硝酸盐选择性树脂废水的氯/碱度值低于一般树脂废水.

根据离子交换的原理，在离子交换过程中去除NO3-，SO42-和[wiki]硬度[/ wiki]后的饱和树脂可以用CO2再生[22-24]，该过程可以表示为: R-（COOH）2

+ Ca（NO3）2

交换

R-COO-2Ca2 +

+ 2H2CO3

-→

←-

R-（HCO3-）2

R-（NO3-）2

再生

交换饱和树脂通过与CO2溶液接触而再生. 离子交换树脂从溶液中去除中性盐并释放出等量的二氧化碳. 与传统的离子交换工艺相比，该工艺不会增加再生废水的盐含量. 因此，只需排出在交换过程中除去的盐即可.

在实验室和中试规模研究的基础上，德国采用上述离子交换工艺建造了一座处理厂，处理能力为170m3 / h. 该工艺可以将NO3-的浓度从9mg / L降至5.7mg / L，CO2消耗量为0.35kg / m3处理水. 由于二氧化碳的再生效率低，因此可以使用硝酸盐选择性树脂来提高硝酸盐的去除效率.

Wenli等人的研究结果. [24]表明，当压力为5〜5.5Pa时，溶于水中的CO2可以作为有效的再生剂.

可以看出，该过程的驱动力是系统的二氧化碳分压. 在高压下，溶解在水中的二氧化碳浓度高，反应进行到左侧，并且树脂被再生. 当水中的二氧化碳浓度低时，反应会进行到右侧，以除去水中的硫酸盐，硝酸盐和硬度.

使用二氧化碳作为再生剂的离子交换工艺的优点是不会产生过多的再生废液. 而且，二氧化碳可以重复使用，从而节省了再生剂的数量. 该过程的缺点是过程复杂且操作管理困难. 此外，碳酸盐是一种弱酸，离解的质子和碳酸氢根离子的浓度很低，使树脂再生不完全.

1.7离子交换/生物脱氮联合工艺

离子交换过程需要消耗大量的NaCl溶液（50-100g / L）才能进行树脂再生. 再生废液通常包含高浓度的NO3-，SO42-，Cl-，这些废液需要进一步处理，这增加了运行成本. 生物反硝化过程产生的废水需要进行后续处理，以去除微生物和有机污染物. 结合离子交换和生物反硝化这两个过程可以克服上述单独过程中的一些问题. 其组合过程的如图1所示.

在离子交换/生物反硝化联合过程中，离子交换过程用于去除水中的NO3-，生物反硝化过程用于处理再生树脂时产生的废液，其中含有大量的NO3 -和Cl-. 在联合过程中，避免了反硝化微生物与原水之间的直接接触. 生物反应器可以在高盐溶液（25-30g / L）条件下去除氮. 该过程统一了闭环系统中的硝酸盐去除过程. 与传统的离子交换工艺相比，该组合工艺可将废盐水产生量减少95％.

图1组合离子交换/生物脱氮过程的流程图

Clifford [25]开发了一种结合离子交换和测序间歇反应器（SBR）的方法，用于生物脱氮. 再生液包含30g / LNaCl和835mg / LNO3--N. 当加入甲醇使甲醇/ NO3--N达到2.2时，在20h后可以将NO3--N完全去除，当甲醇/ NO3--N为2.7时，在8小时内NO3--N的去除率达到95. ％. 组合工艺可以使再生剂的消耗减少50％，废盐水的排放减少90％[20].

3各种方法的比较

离子交换，生物反硝化和反渗透是去除水中NO3--N的常用方法，并已得到实际应用. 离子交换技术适用于处理低溶解有机物的地下水. 有机物的存在会污染离子交换树脂和反渗透膜. 当水中的总溶解固体（总溶解固体，简称TDS）在水中<500mg / L，SO42- <300mg / L时，可以使用离子交换工艺. 当水中TDS> 1000mg / L时，可以选择反渗透或电渗析. 对于离子交换技术，最重要的问题是如何处理含有NO3-，SO42-和NaCl的废物再生剂. 另外，废水很容易引起管道腐蚀. 然而，由于离子交换技术的简单性，耐用性，有效性和相对较低的成本，因此被认为是替代方法. 在美国，已经有许多工厂在实际操作中使用此过程. 生物反硝化技术在欧洲得到了更多的研究和应用. 数据显示，异养生物比自养生物更广泛地去除氮. 这是因为异养反硝化比自养反硝化具有更高的比容反硝化率，其值分别为0.4至24 kg NO3--N / m3·d和0.5至1.3 kg NO3--N / m3·d. 在欧洲一些国家已经证实了异养生物反硝化技术实际应用的技术和经济可行性. 自养生物反硝化过程由于反应速率低而需要较长的水力停留时间，从而导致巨大的反应器体积和增加的投资成本. 异养生物反硝化还可以去除水中的微量有机污染物，例如三氯乙烯和四氯化碳. 用于生物脱氮的流化床反应器优于填充床反应器. 与填充床相比，流化床可以防止堵塞和沟渠流动，并具有较高的硝酸盐去除率. 进水水质，例如痕量有机污染物，SO42-等，对离子交换过程的影响更大，而对生物脱氮的影响则较小. 因此，生物反硝化过程适用于地表水，而离子交换过程更适用于地下水. 反渗透和电渗析过程消耗大量能量并且具有高运行成本. 反渗透膜对无机盐具有高选择性，并且处理后的水基本上不含无机盐. 因此，仅需要处理一部分水，然后将处理后的水和未处理的水混合. 对于电渗析，必须处理所有水. 如果不考虑废液排放成本并且水的损失可以忽略不计，那么两种方法的水处理成本几乎相同. 与电渗析相比，反渗透具有管理简单的优势，特别适用于小型加工厂. 但是，反渗透的浓度会引起二氧化硅，碳酸钙和硫酸钙的结垢，这将影响处理过程的正常运行. 使用铝进行化学反硝化产生的氨可以与氯发生反应而生成氯胺，从而可以提高供水系统中残留氯的消毒稳定性. 但是，应注意处理水中残留的铝. 表1显示了离子交换，生物反硝化和反渗透去除硝酸盐的比较. 过程离子交换生物反硝化反渗透

几分钟启动时间＞ 3周又几分钟

自动控制很容易，很困难，很容易

低温的影响并不重要＞ 2〜6°C并不重要

废物处理，废物再生液，废细菌细胞需要处理，TDS浓缩液需要处理

后续处理废水的腐蚀废水中有微生物无

材料和残留有机物

稳定运行需要密切监视和稳定性

SO42-，有机物，对溶解氧敏感，对有机物和TDS敏感的进水水质

对C敏感的敏感物质

总而言之，我们可以看到上述方法各有优缺点. 随着人们环境意识的提高，去除水中的硝酸盐以防止其危害已在中国引起了越来越多的关注. 开发适合中国国情的高效低耗技术来去除水中的NO3是一项非常紧迫的任务.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-183883-1.html