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1、对比几种去除水中硝酸盐的方法对比几种去除水中硝酸盐的方法热点专题：水处理07热点分析08商机预测【摘要】本文简要介绍了去除水中硝酸盐的几种方法，包括化 学脱氮、催化脱氮、反渗透、电渗析、离子交换、生物脱氮等。在此 基础上，重点论述了离子交换技术去除水中硝酸盐的原理、方法及应 用现状，并与其他方法进行了比较。关键词：硝酸盐水处理离子交换脱氮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坏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

2、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2050mg/Lo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当pH值为9.19.3时，由于上述反应导致的铝的损失量小于 2%o实

3、验结果表明，还原1g硝酸盐需要1.16g铝。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207010350kPao这些膜通常没有选择性。Guter3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1825mg/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

4、力为2m3/ho1.3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，PdAI合金可有效地使亚硝酸盐还 原成氮气(98%)和氨oPb(5%)-Cu(1.25%)-AI203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

5、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10C,pH值68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。15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：NO3NO2NON2O-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

6、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：溶液中的N03通过与离子 交换树脂上的CI或HC03发生交换而去除。树脂交换饱和后用NaCI 或NaHC03溶液再生。一般地，阴离子交换树脂对几种阴离子的选择性顺序为：HCO3-CI-NO3-SO42 因此，用常规的离子交换树脂处理含硫酸盐水中的硝酸盐是困 难的。因为树脂几乎交换了水中的所有的硫酸盐

7、后，才与水中的硝酸 盐交换。也就是说，硫酸盐的存在会降低树脂对硝酸盐的去除能力。 采用对硝酸盐有优先选择性的树脂可以较好地解决这个问题。这种树 脂优先交换硝酸盐，对硝酸盐的交换容量不受水中硫酸盐的影响。在树脂官能团NR3+中的N原子周围增加碳源子数目可以提高 树脂对硝酸盐的选择性，这种类型的树脂对硝酸盐的选择性顺序依次 为：HCO3-CI-SO42-NO3-当树脂上NR3+中的氮原子周围的甲基变为乙基时，树脂对硝 酸盐与硫酸盐的选择性系数KSN从100增加到1000oClifford等8的研究结果表明：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，增加树脂基和官能团的疏水性可以增加 对

8、硝酸盐的选择性。这种树脂对硝酸盐的选择性增加可归因于：随着 烷基碳源子数增加，其体积增大，需要占用更大的空间，从而引起树 脂的空间张力增大。对于减小这种空间张力而言，N03比SO42具 有更强的能力。Guter等的研究结果表明：与三甲基胺树脂相比，三乙基胺 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%,再生剂的用量可降低2550%o因而，降低了离 子交换工艺的运行成本。Korngold等9的研究结果表明可以用海水作为树脂的再生剂。Eliassen等10的研究表明：利用强碱性阴离子（SBA）交换树 脂可以使活性污泥处理厂出水中的NO3浓度从1

9、8mg/L降低到 6.8mg/L,处理水量达200BV（床体积，bedvolume）。进水中存在有 机物时易造成树脂堵塞，在反冲洗水中添加膨润粘土有助于树脂恢 复。树脂用1NNaOH和1NHCI再生。Viraraghavan等门的研究表明：水中存在硅石和铁的沉积物 会降低树脂对硝酸盐的去除能力。Gaunlett12研究了在一个离子交换闭合回路中连续除去硝酸 盐。Guter3研究了利用离子交换工艺除去地下水中的NO3-N,其 浓度范围为1623mg/LLauch等口3考察了离子交换树脂工艺去除NO3的实际运行 情况。选用的树脂为非硝酸盐选择性树脂，处理能力为155m3/h,树 脂用饱和盐水再生。

10、废盐水进入城市污水处理厂的曝气塘。总的处理 成本（包括投资、运行和维护成本）折合成人民币约为0.53元/吨。投 资成本包括设备和基建费用，运行成本包括人力、电耗、树脂及再生 剂等费用。处理厂的耗能为0.064kW h/吨。每处理1吨进水产生的 废水量为：1.4升盐水，6.6升树脂水，10.3升反冲洗水。Clifford等4为了比较评价离子交换法、反渗透法和电渗析法 三种工艺去除饮用水中的N03，进行了长达15个月的中试规模研 究。进水中含有：1825mg/LNO3-, 43mg/LSO42-, 530mg/L 总 溶解性固体仃DS）。结果表明：上述三种工艺均可使N03浓度降至 10mg/L以下

11、。离子交换工艺出水中TDS较高，达500mg/L,硝酸 盐穿透总是在硫酸盐穿透之前，并且通常伴随pH值升高。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 180BVo树脂再生以及再生剂的处置是离子交换工艺应用中的一个重 要因素。Guter等口4报道了一个处理能力为155m3/h的工厂用离子交 换工艺去除N03的运行情况，结果表明：一年的盐消耗量达250吨。 因而大量的废盐水的处置将是一个十分重要的问题。对于一个运行 20年的工厂，其再生成本约为初期设备成本的2倍以上。Clifford等口5研究了树脂的再生方式，认为离子交换柱部分再 生

12、方式（如洗脱60%NO3-）比完全再生方式（如洗脱95%以上的N03） 要经济。Lanch13等人的研究结果表明：与反渗透工艺相比，离子交换工艺大约要经济5倍以上。Richard16的研究表明：与生物脱氮法相比，离子交换工艺处 理厂的投资要便宜2.53倍，其运行成本也比生物脱氮法稍便宜。Richard16报道，1985年，在法国已有6家采用离子交换工 艺处理N03的工厂在运行，总处理能力达576m3/hoWoodwod17报道,1990年，英国第一家离子交换处理厂家正 式运行，处理能力为288m3/h,利用的树脂为硝酸盐选择性树脂，容 量为170meq/L,进水中NO3浓度大于18mg/L,每

13、天用于树脂再生 所需的盐量达1000kgo在离子交换柱内和处理厂的管道中观察到碳 酸钙沉淀。加酸可以控制CaCO3沉淀的形成。Philipot18等开发了一种新的工艺，交换和再生同向进行，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 的泄露小于3.4mg/L,再生剂的用量为90gNaCI/升树脂。对合成树脂再使用过程中有机组分的容出情况缺乏深入研究， 阻碍了离子交换工艺在去除饮用水中NO3方面的应用。Dore19等研究了用盐水再生的强碱性阴离子交换树脂去除NO3后的出水水质。结果表明：从树脂中溶出的单体成分有：苯乙 烯、二乙烯苯、三甲胺及其衍生物。用NaOH、蒸

14、馆水、HCI溶液对 树脂进行预处理，发现蒸馆水可以消除大多数可以溶出的单体组分， 树脂不会增加出水中的有机组分。相反，树脂可以吸附一些进水中的 微污染物，如芳香化合物、氯代有机溶剂、杀虫剂、亚硝基胺等。因 此，离子交换工艺不会使处理出水中增加有毒有机污染物质。离子交换工艺处理出水中Cl浓度升高，碱度下降，导致从水 管中选择性溶出锌的潜力增加，这种性能称为水的“脱锌潜 力”(dezincificationpotential)。当水中 CI浓度(mg/L)与碱度(以 mg/LCaC03表示)之比大于0.5时，该水可视为脱锌水。离子交换工 艺出水的脱锌潜力可以采取下列措施得到控制：在配水前安装大的

15、混合罐；树脂用盐水再生后再用NaHCO3溶液淋洗(二级再生系 统)；使树脂达到更高的NO3穿透浓度。Croll等20,21的研究发现：硝酸盐选择性树脂出水的氯化物/ 碱度之值低于一般树脂出水的值。根据离子交换原理，离子交换工艺去除N03、SO42-和硬度 后的饱和树脂可以用C02再生22-24,其过程可以表示为： R-(COOH)2+Ca(NO3)2交换R-COO-2Ca2+2H2CO3R-(HCO3-)2R-(NO3-)2再生交换饱和的树脂通过与C02溶液接触而得到再生。离子交换 树脂从溶液中去除中性盐并释放出等当量的二氧化碳。与传统的离子 交换工艺相比，该工艺不会增加再生剂出水中的含盐量。

16、因此，只需 排放在交换过程中去除的盐。在实验室和中试规模研究的基础上，德国建成了一座采用上述 离子交换工艺的处理厂，处理能力达170m3/h,该工艺可使N03浓 度从9mg/L降至5.7mg/L,CO2的消耗量为0.35kg/m3处理水。由于 C02再生效率较低，可以选用硝酸盐选择性树脂以改善硝酸盐的去 除效率。Wenli等24的研究结果表明:在压力为55.5Pa时，C02 溶于水中可以用作有效的再生剂。可以看出，该工艺过程的推动力是体系的二氧化碳分压。高压 下，溶解于水中的二氧化碳浓度较高，反应向左侧进行，树脂得到再 生；当水中二氧化碳浓度较低时，反应向右进行，去除水中的硫酸盐、 硝酸盐和硬

17、度。用二氧化碳作为再生剂的离子交换工艺，其优点是不产生过量 的再生废液。而且，二氧化碳可以重复使用，节省了再生剂用量。此 工艺的缺点是，工艺复杂，运行管理困难。此外，碳酸盐是一种弱酸, 离解出的质子和重碳酸根离子浓度很低，使得树脂再生不完全。1.7离子交换/生物脱氮组合工艺离子交换工艺需要消耗大量的NaCI溶液(50100g/L)用于树 脂再生，再生废液通常含有高浓度的NO3、SO42-. CI-,这些废液 需要进一步处置，从而增加了运行费用。生物脱氮工艺的出水需要后 续处理，以除去其中的微生物和有机污染物。将离子交换和生物脱氮 两种工艺组合起来，可以克服上述单独工艺中的某些问题。其组合工 艺

18、流程示意图如图1所示。在离子交换/生物脱氮组合工艺中，离子交换工艺用于去除水中 的N03，生物脱氮工艺用于处理再生树脂时产生的废液，其中含有 大量的N03和Cl-o组合工艺中避免了脱氮微生物与原水的直接接 触。生物反应器可以在高含盐溶液(2530g/L)条件下脱氮。该工艺 将硝酸盐的去除过程统一于一个封闭循环的系统中，与传统的离子交 换工艺相比，该组合工艺可使废盐水产生量减少95%。图1离子交换/生物脱氮组合工艺流程图Cliffod25开发了一种离子交换与序批反应器 (sequencingbatchreactor,简称SBR)相组合的工艺，用于生物脱氮。 再生液含30g/LNaCI和835mg

19、/LNO3-N,投加甲醇，使甲醇/NO3-N 为2.2时,20h后可使NO3N完全去除，当甲醇/NO3-N为2.7时, 8h内可使NO3N的去除率达95%,该组合工艺可使再生剂消耗量 减少50%,废盐水排放量减少90%20o3各种方法的比较离子交换，生物脱氮和反渗透是去除水中N03-N的常用方法, 已获得实际应用。离子交换技术适用于处理溶解性有机物较低的地下 水。有机物的存在会污染离子交换树脂和反渗透膜。当水中总溶解性 固体(totaldissolvedsolids,简称 TDS)500mg/L, S042-1000mg/L,时，可选用反 渗透或电渗析法。对于离子交换技术，最主要的问题是如何处

20、理废再 生剂，其中含N03、SO42-和NaCI。此外，出水易引起管道腐蚀。 尽管如此，离子交换技术以其简单、耐久、有效，而且成本相对较低, 被认为是一项可供选择的工艺。在美国，已有多家工厂采用此工艺在 实际运行。生物脱氮技术在欧洲得到较多的研究与应用。资料表明： 异养生物脱氮较自养生物脱氮应用广泛。这是因为异养脱氮较自养脱 氮具有更高的比体积脱氮速率，其值分别为0.424kgNO3-N/m3 d 和0.5-1.3kgNO3-N/m3 d。异养生物脱氮技术实际应用的技术经济 可行性在欧洲一些国家得到证实。自养生物脱氮工艺因反应速率低， 需要较长的水力停留时间，导致反应器的体积庞大，增加了投资成

21、本。 异养生物脱氮还能去除水中的微量有机污染物，如三氯乙烯、四氯化 碳等。生物脱氮中采用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、沟流，且具有较高的硝酸盐去除速率。进水水质，如微量有机污染物、SO42-等，对离子交换工艺的 影响较大，而对生物脱氮的影响较小。因而生物脱氮工艺适用于地表 水，而离子交换工艺更适用于地下水。反渗透和电渗析工艺能耗较大, 运行费用高。反渗透膜对无机盐的选择性高，处理后的水基本上不含 无机盐，因此，只需处理一部分水，然后将处理水与未处理水混合。 电渗析则必须将所有的水进行处理。如果不考虑废液排放费用，水的 损失也忽略不计，那么两种方法的水处理费用

22、也几乎相同。与电渗析 相比，反渗透的优点是管理简单，尤其适用于小型处理厂。但反渗透 的浓缩作用会导致硅石、碳酸钙、硫酸钙结垢，影响处理过程的正常 运行。利用铝进行化学脱氮产生的氨可以与氯反应生成氯氨，可以提 高供水系统中余氯消毒的稳定性。但处理水中残留的铝需要注意。离子交换、生物脱氮和反渗透法去除硝酸盐的比较见表1所示。怎样去除水中的硝酸盐一般直接的方法实用性太差，各种方法各有利弊，没有一种办法是最有效的，只 能靠各人的功力去自行选择。比如特定的硝酸盐去除器不过不建议你去买，毕竟你只是用在鱼缸上嘛，所以我建议你用别的方法去“控 制硝酸盐”，而不是“去除硝酸盐”。以下是一些有用的建议，自己酌情考

23、虑1） 换水：最直接的方法，但成本高，除了盐钱，还有R0机或购纯净水的费用。 而且麻烦，每次换水最好不超过总水量的5%,而且要确保盐己经完全溶解。没 有溶解的盐会导致珊瑚烂皮，伤害鱼类腮叶。2） 活石：着名的柏林法就是靠高品质的活石來同时达到硝化和反硝化过程的， 效果可以用神奇來形容。缺点的活石较贵，缸中造流要求较强。但基本上没有其 他副作用，强烈推荐这一办法。3） 黑白球：一种带有内循环的封闭容器，白球是反硝化细菌的食物，反硝化细 菌在容器中消耗N03,产生氮气，达到反硝化目的。但可以处理的水量较少（每 秒滴），有可能会腐败导致翻缸。4） 硫磺珠+钙石：两个串联的封闭容器，通过硫磺珠上的反硝

24、化菌消耗N03, 钙石可以消除溶出的微量硫酸。缺点是缸中硫酸盐会逐渐积累，处理水量也是不 大。5） 厚底砂：铺相当厚的底砂來创造微氧区，培养反硝化菌。但要求有较好的翻 砂动物或其他措施來防止腐败的出现，危险度极大。6） 活砂系统：通过在底砂下设置充水层來防止腐败，底砂用纱网分成微氧层和 好氧层，是相对有效和安全的去除法。但要求较好的翻砂动物。而且要寻求较好 的种砂来启动系统的菌层形成。7） 酒精：在缸中直接添加含酒精的白酒等物质，来结合去除硝酸盐，是最新出 现的一种办法，据说效果特别好。但添加量还没有有效的计算法，使用者要自己 去尝试。8） ZEOvit：釆用自然礁岩釆集的菌种培育出來的一种添

25、加剂，可以有效地降低 硝酸盐至10ppm以下，达到硬骨珊瑚SPS的要求，台湾鱼友己经有不少成功的 例子。不算特别贵，每月花费1元/升以下。9） 植物：通过养藻或红树林等植物，可以吸收硝酸盐。但藻对环境的适应能力 远小于鱼及珊瑚，很容易白化死亡，反而破坏了水质。经过多次失败，我提醒大 家小心使用。10） ATS系统:通过巧妙的设计，让一个纤维材料做成的藻类生长基质交替处 于潮湿及干燥状态，在强光的照射下，会生长出一种潮间带特有的藻类TURF, 这种藻类有特强的生长能力（克服了观赏型海藻的缺点），吸收NO3的效果相 当好。这一方法的缺点是比较吵，而且需要较大的空间。门）长软管：用直径几毫米的100

26、米以上长软管作基质，可以在管的后段产生 微氧硝酸盐去除器的原理?浏览次数：1404次悬赏分：0 提问时间：2007-11-8 12:08 提问者：fsgz问题为何被关闭其他回答共1条硝酸盐去除器是利用水质处理细菌去除水族箱水质中硝酸盐的一种过滤设备，可 以充分利用水质处理细菌的作用将水质中硝酸盐还原，将硝酸盐含量降低于 50mg/L, M至更低的无害等级。工作原理是利用一种水质处理细菌将硝酸盐作 为它代谢中的需氧物质，NO3最终代谢成为N2和C02o ,氧被运用于代谢过 程中。则被排入N2大气中，代谢的生成物为CO2。在硝酸盐去除器内部填充着大量生物过滤球，为了避免底部积水造成滞留区， 由动力

27、马达将水不断从容器底部抽到顶端，然后乂喷淋于生物过滤球的表面，如 此再流回底部始终保持生物过滤球的湿润状态。生物过滤球表面附著生长的水质 处理细菌会不断吸收容器内部的氧气分裂繁殖，一旦容器中的氧气耗尽，它们就 吸收NO3离子中的，并NO3将还原成为NO2,并在最终再将NO2中的氧全部 吸收，还原为N2排入大气中。整个过程中，水流的氧化还原电流自正极转向负极不断地下降，可以通过氧化 还原电位确定硝酸盐去除的程度。基于硝酸盐去除器中的水是在没有溶氧的情况 下被还原成为氮，还原反应是主导的，因此氧化还原的电流很低，通常在 -50mv-250mvo氧化还原的电流高于50mv的时候，硝酸盐去除的反应停留在 硝酸盐阶段，如果氧化还原的电流低于-300mv的时候，硝酸盐则己经全部被还 原，于是这些水质处理细菌就会汲取硝酸盐的氧产生HS。所以当氧化还原电位 指示其电流不到50mv或呈正极的时候，就要控制水族箱中的水继续流入硝酸盐 去除器中。当氧化还原电位指示其电流低于-300mv的时候，就需要增加水族箱 的水进入硝酸盐去除器。