地下水中硝酸盐的各种去除方法概述
地下水硝酸盐去除技术进展
Zhang Lihui, Cao Guomin, Sheng Mei, Liu Yongdi, Zhang Zijian （Research Institute of Environmental Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China）
随着人口的增长和社会经济的快速发展，对水 资源的需求量也大幅度增长。地下水被广泛用于各 种用途，是许多国家和地区的主要饮用水源[1]。在美
[收稿日期] 2010-02-03 [基金项目] 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 子 课 题 （编 号 ：
2008ZX07425－001－04） [作者简介] 张立辉（1980-），女，博士研究生，研究方向是水污染控制
净水技术 2010，29（5）：4-10
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专题与综述
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地下水硝酸盐去除技术进展
张立辉，曹国民，盛 梅，刘勇弟，张子间
（华东理工大学环境工程研究所，上海 200237）
摘 要 硝酸盐是地下水中最常见的污染因子，给饮水安全带来了较大的威胁，因此世界上很多国家和地区都非常重视地下 水硝酸盐脱除技术的研究与开发，取得了很多有价值的研究成果和应用经验。离子交换、反渗透和生物反硝化是研究和应用最 广的地下水硝酸盐脱除技术。离子交换法具有投资小、运行管理简便的优点，比较适合中小规模供水需求，但其再生废液的处 理或处置非常困难。反渗透法具有脱硝效果好、易于自动控制等优点，可满足各种规模供水需求，但反渗透会产生大量浓缩水， 必须妥善处理或处置。在我国华北地区，反渗透浓缩水可用于浇灌农作物，其中较高浓度的硝酸盐是良好的氮肥。至于生物反 硝化脱氮技术，虽然具有运行费用低的优点，但现阶段还不能很好地解决残留反硝化碳源和微生物代谢产物的二次污染问题， 用此法生产的饮用水安全性还有待进一步评估。 关键词 地下水 硝酸盐 离子交换 反渗透 反硝化 中图分类号：X523 文献标识码：A 文章编号：1009-0177（2010）05-0004-07
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/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9.1〜9.3时，由于上述反应导致的铝的损失量小于2%o实验结果表明，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2070〜10350kPao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。
水中硝酸盐污染现状危害及脱除技术
水中硝酸盐污染现状危害及脱除技术水是生命之源，对人类和生态环境具有重要的意义。
然而，随着社会经济的快速发展和人口的增长，水污染成为了一个严重的问题。
其中，水中硝酸盐污染引起了广泛关注。
本文将介绍水中硝酸盐的来源、污染的危害以及一些常用的脱除技术。
首先，让我们了解一下水中硝酸盐的来源。
硝酸盐是一种常见的水溶性盐类，主要含有硝酸根离子（NO3-）。
农业生产中的化肥、畜禽养殖废水、工业废水以及城市污水处理厂中的排放物都是水中硝酸盐的主要来源。
尤其是农业活动，如大量使用化肥和农药，使得土壤中的硝酸盐逐渐流入水源。
然而，水中硝酸盐的污染给我们带来了诸多危害。
首先，硝酸盐在水中容易被微生物还原成亚硝酸盐，后者具有很强的毒性，对人体健康产生很大威胁。
其次，硝酸盐污染也可能导致水体中藻类的过度生长，形成蓝藻水华，并产生大量的有毒物质，破坏水生态环境。
此外，硝酸盐还能与重金属离子形成复合物，增加了毒性的危害。
针对水中硝酸盐污染问题，我们需要采取一些有效的脱除技术。
以下是几种常用的方法：1. 生物法：利用生物体（如特定微生物）来降解或还原硝酸盐。
例如，利用硝化细菌将硝酸盐氧化成亚硝酸盐，再由反硝化细菌将亚硝酸盐还原成氮气。
2. 化学法：通过加入一定剂量的化学物质来实现硝酸盐的去除。
例如，可以加入铁盐、铝盐等进行沉淀，并结合其他处理方法，如活性炭吸附、氯气氧化等，一起去除硝酸盐。
3. 膜分离技术：利用特殊的膜材料对水进行过滤和分离，可以有效地去除水中的硝酸盐。
常用的方法包括反渗透、超滤和离子交换等。
4. 光解法：利用紫外光、可见光或其他特定波长的光线照射水中的硝酸盐，从而使其分解为无害物质。
光解法具有操作简单、无二次污染等优点，逐渐受到关注。
综上所述，水中硝酸盐污染问题对人类和环境都带来了巨大的风险。
为了保护水资源和水生态环境的健康，我们需要采取有效的脱除技术来减少硝酸盐的含量。
生物法、化学法、膜分离技术以及光解法等都是目前常用的方法。
地下水硝酸盐污染的成因分析及治理方法
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言在进行作为饮用水水源的地下水中硝酸盐的去除时,还可以直接在被污染的地下水水体中进行处理,称为原位反硝化或地下反硝化,其运行费用低、操作简便。
无论是在工业发达国家还是发展中国家,由于农村地区大量氮化肥的施用,生活污水和含氮工业废水的未达标排放及其渗漏,固体废物的淋滤下渗,污水的不合理回灌,以及地下水的超量开采等原因,导致地下水中的硝酸盐浓度上升,成为一个十分重要的环境问题[1]。
1地下水硝酸盐污染的成因分析1.1氮素化肥的施用氮素化肥的施用,虽然大大地提高了土地的生产力,在农业生产中发挥了重要的作用,但由于施用的不当,也带来了一系列的环境问题。
据报道,由于农田氮肥施用量的增加,世界范围内的地表水和地下水中氮化合物含量都在不同程度上呈现出上升趋势。
大量的化肥进入农田后不能被农作物完全吸收,除一小部分可通过挥发或脱氮返回大气圈外,绝大部分残留在土壤或经降水溶解进入地下,使地下水受到氮素的污染,导致地下水中硝酸盐氮的提高。
据研究表明,施用于土壤的肥料有30%~50%经土壤淋滤于地下水环境中,地下水NOF-N污染与氮肥施用量成线性关系。
李文庆等对大棚土壤硝酸盐状况进行了研究,结果表明,棚区地下水中较非棚区含有更多的硝酸盐,而且在大棚种植时间较长的地区硝酸盐的增加更加明显,这说明农业活动氮素化肥的施用对地下水中硝酸盐含量的增加起到了较大的作用。
1.2污水灌溉由于水资源的日益紧张短缺,出现了污水灌溉。
近年来,不但污灌面积大幅度增加,而且污水水质发生明显变化,水中污染物浓度增高,有毒有害成分增加。
利用污水灌溉虽然在一定程度上可以缓解农业用水和水资源短缺的矛盾,在利用污水中大量有机物作为肥料的同时,污水也得到了一定的净化。
但是,如果灌溉不合理,不仅污染了农田环境,对土壤和农作物形成直接危害,甚至污染地下水,导致地下水中硝酸盐的增加。
除硝酸盐的方法
硝酸盐污染的主要来源包括农业活动、工业废水排放、城市生活污水以及天然地质背景。
为了解决这一问题，我们需要采取多种除硝酸盐的方法。
这些方法包括物理、化学和生物处理技术。
1. 物理方法：通过沉淀、过滤、离子交换和反渗透等技术去除水中的硝酸盐。
这些方法操作简单，但成本较高，且可能产生二次污染。
2. 化学方法：利用化学反应将硝酸盐转化为其他无害物质。
例如，通过添加亚硫酸盐、硫代硫酸盐、铁粉等还原剂，将硝酸盐还原为氮气。
此外，还可以利用电化学方法，通过电解将硝酸盐转化为氮气。
3. 生物方法：利用微生物的生物降解作用去除硝酸盐。
这种方法具有成本低、无二次污染等优点。
常见的生物处理技术包括生物膜法、活性污泥法、生物接触氧化法等。
此外，植物修复也是一种生物方法，通过种植具有硝酸盐吸收和转化能力的植物，去除土壤和水体中的硝酸盐。
在实际应用中，应根据具体情况选择合适的除硝酸盐方法。
同时，还需要加强污染源头的管理和控制，减少硝酸盐的排
放，以实现环境的可持续发展。
地下水中硝酸盐的去除
地下水中硝酸盐的去除
地下水硝酸盐氮(NO_3-N)污染已成为世界性的环境问题。
由于地下水NO_3-N会以直接或间接的方式危害人们的健康，所以世界卫生组织规定饮用水NO_3-N的含量不得超过10mgN l~(-1)。
对于地下水硝酸盐的污染防治，不仅是要防止地下水硝酸盐污染，还要治理已污染的地下水。
科学家们对已受硝酸盐污染的地下水的治理技术开发已久。
已开发的治理技术包括物理方法，化学方法，和生物方法。
生物反硝化方法是目前已投入使用的最经济，最有效的方法。
但现有的生物反硝化法仍存在工艺复杂、运行管理要求高、反硝化速度慢、所需反应器体积庞大、建设费用高等缺点。
针对这些问题，我们采用以固相有机碳为碳源和反应介质的生物反硝化法，进行了去除地下水硝酸盐的实验研究。
本文研究了以固相有机碳(棉花、纸、稻草和木屑)为碳源和反应介质的生物反应器对地下水中硝酸盐的去除。
结果表明：以棉花和纸为碳源和反应介质的生物反硝化法能成功地去除地下水中硝酸盐。
但以稻草和木屑为碳源和反应介质的生物反硝化法效果不好。
四个反应器出水的pH值变化不大，纸张和棉花的出水pH值比进水pH值低0.4～0.6个单位，稻草次之低...
用离子交换树脂脱除硝酸根：其饱和吸附容量为49mg/g，如果污水中同时存在Cl-和SO42-时，对硝酸根的去除率将大大降低。
这两种方法各有优缺点离子交换法技术成熟、可靠、但成本高，频繁再生产生大量台高浓度硫酸盐和硝酸盐的废液，如果处置不当，容易造成二次污染我们国家目前还没有硝酸盐选。
地下水中硝酸盐的各种去除方法概述
地下水中硝酸盐得各种去除方法概述1前言水资源得组成部分中地下水占据着重要地位,地下水得重要性从种种数据就可以显示出来,比如地下水占了整个地球淡水资源得95%以上。
而我国地下水有三分之一得补给来源于天然补给,高达8837亿立方米/年,虽然地下水补给不少,但就是在我国农村地区,基本上生活饮用、灌溉都来自于地下水,用地下水来灌溉农田得面积占整个耕地总面积得五分之二。
随着河流污染日益严重,不少城市中供给水也都来自于地下水,我国600多个城市中有400多个城市就是利用地下水来供给,供水量更就是高达城市总供水量得三分之一。
随着氮素化肥在农业中得广泛使用,生活污染任意排放,含氮得工业废水处理净化未达标排放与泄漏,污水随意排放到农田,地下水过量开采导致自然界得氮元素失去平衡,等等,这些不利条件得集合促使硝酸盐在水中得日积月累。
从种种数据中可以发现,如果人体饮用得水中硝酸盐含量超过一定标准,那么就会对人体健康带来影响,甚至可能会引发一些疾病,比如高铁血红蛋白症得出现就会令人体血液失去携带氧气得功能。
另外食用得亚硝酸盐与仲胺类合成会变成亚硝胺类,这种物质存在于人体内,并且达到一定得数量时就会形成致癌物质,导致人体患癌,畸形,疾病突变等情况出现,对人体生命产生严重影响。
我国与世界卫生组织对饮用水中硝酸盐氮含量得规定标准不同,世界卫生组织得规定标准就是?10mg/L,我国则就是?20mg/L,但就是有些地方得地下水硝酸盐得含量更就是高达400500mg/L,这个数值就是远远高过世界卫生组织规定得标准。
因此,硝酸盐污染必须给予足够得重视,同时寻找一种经济有效得硝酸盐去除方法,来保证人民饮水安全与建设社会主义与谐社会都有重要得意义。
2地下水中硝酸盐得去除方法及其特点[4,5]想要除去地下水中得硝酸盐有不少方法,目前比较常用、也比较有效得主要方法就是生物反硝化以及离子交换剂反渗透工艺两种方法。
虽然我们可以将硝酸盐利用一些物化方式来与饮用水中分离,但就是这不就是解决问题得最好方法,也不能够很好得解决水中硝酸盐带来得污染,最好得方法还就是要令饮用水恢复自然界氮素循环得平衡:①限制人工固氮并且提倡农业清洁生产;②人工动力来将氮素以氮气形式进入到大气中。
离子交换法去除地下水硝酸盐
精品整理
离子交换法去除地下水硝酸盐
自20世纪60年代以来地下水硝酸盐污染日趋严重。
由于硝酸盐摄入人体后，容易还原成亚硝酸盐，导致高铁血红蛋白症，3个月以下的婴儿受此影响大。
此外，亚硝酸盐还具有使人体致癌的风险。
可用于去除地下水中硝酸盐的方法有很多，如离子交换法、生物反硝化法、反渗透(RO)法和化学还原法等。
生物反硝化被认为是经济的地下水脱氮技术，但是在常规地下水异养反硝化过程中，地下水不可避免地会受到残留反硝化碳源、反硝化菌及其代谢产物的污染，必须进行后处理。
生物反硝化法主要适用于需要进行大规模脱硝酸盐的水厂。
RO法具有脱氮效果好，且反渗透膜透过水基本不需要后处理。
但是，用RO工艺处理地下水时会产生大量浓缩水，必须妥善处置。
此外，RO装置投资较高，也是该法的一个不利因素。
离子交换具有简单、高效、树脂经再生后可重复使用、投资和运行费用相对较低等特点，比较适于小规模供水系统脱硝酸盐。
离子交换法去除地下水中的硝酸盐时，适宜的吸附时间为30min，温度对硝酸盐去除效果几乎没有影响。
当地下水中存在氯离子或硫酸根离子时，硝酸盐的去除效果会受到影响，且氯离子或硫酸根离子浓度越高，硝酸盐的去除率越低。
吸附饱和的离子交换树脂可以用NaCl溶液再生，当再生液浓度为3%时，两种树脂的再生率均可超过95%。
地下水硝酸盐去除方法
地下水硝酸盐去除方法
金赞芳;李文腾;潘志彦;陈英旭
【期刊名称】《水处理技术》
【年(卷),期】2006(32)8
【摘要】研究了以固相有机碳(棉花、纸、稻草和木屑)为碳源和反应介质的生物反应器对地下水中硝酸盐的去除。
结果表明:以棉花和纸为碳源和反应介质的生物反硝化法能成功地去除地下水中硝酸盐。
但以稻草和木屑为碳源和反应介质的生物反硝化法效果不好。
四个反应器出水的pH值变化不大,纸张和棉花的出水pH值比进水pH值低0.5～0.6个单位,稻草次之,低0.2～0.3个单位,木屑只低0.1个各单位左右。
出水中没有检测到铵态氮(NH4+-N)。
出水细菌较多,一般在105个/mL 水平.若作为饮用水,需要进一步处理。
【总页数】4页(P34-37)
【关键词】地下水;硝酸盐;生物反硝化;固相有机碳
【作者】金赞芳;李文腾;潘志彦;陈英旭
【作者单位】浙江大学环资学院;浙江大学管理学院;浙江工业大学生物与环境工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ085.41
【相关文献】
1.地下水中硝酸盐的各种去除方法概述 [J], 厉彦梅
2.利用细菌同步去除地下水中硬度和硝酸盐的方法研究 [J], 和宁;史经新
3.去除低温地下水中硝酸盐适冷反硝化菌的筛选与特征研究 [J], 王倩;张多英;白也;韩亚西;荣欣;田源
4.平板型3D-BER去除地下水中硝酸盐氮的优化研究 [J], 石志慧;李金成;陈泽新;王艳艳
5.电化学法去除地下水中硝酸盐的机理研究 [J], 刘恒源;杨彦韬;鲍文达;钱梦然;朱仙彪
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反渗透法脱除地下水中硝酸盐
生物反硝化
化学法
离子交换
地下水脱硝技术
more 反渗透
项目背景1 项目背景
脱硝技术
离子交换法
具有设备简单、投资小、运行管理方便等 具有设备简单、投资小、 IE技术是让含硝酸盐水通过充填有阴离子 IE技术是让含硝酸盐水通过充填有阴离子 优点 交换树脂的树脂床， 交换树脂的树脂床，硝酸盐被氯离子或碳酸 氢根离子交换，直到树脂的交换容量耗尽。 氢根离子交换，直到树脂的交换容量耗尽。 会产生含盐量很高的再生废液， 会产生含盐量很高的再生废液，且该废液 缺点 很难处置
实验难点： 实验难点：浓水处理
研究内容及目标
反渗透装置
本实验用反渗透装置由上海佳 尼特净水设备有限公司生产， 尼特净水设备有限公司生产， 型号为RO 500GPD（见图1 RO型号为RO-500GPD（见图1）， 浓水回 其中装载的是聚酰胺复合卷式 流 低压反渗透膜，其型号为LP LP低压反渗透膜，其型号为LP5µ 1µ 活性炭 反渗透 原水箱 原水泵 高压泵 3020（见图2）。该反渗透装 3020（见图2）。该反渗透装 PPF过 过滤器 PPF过 膜组件 滤器 置的设计纯水产量为500GPD 500GPD， 置的设计纯水产量为500GPD， 图滤器 反渗透膜组件 2 79L/h（25℃），其流程框 或79L/h（25℃），其流程框 纯水回 流 图如图3所示。 图如图3所示。为了能在实验 图 3 反渗透脱硝酸盐工艺流程简图 室内较长时间地运行反渗透试 验装置， 验装置，反渗透产生的纯水和 图1 反渗透试验装置 浓水除少量作为样品用于分析 测试外， 测试外，其余全部回流至原水 箱。
研究内容及目标
研究内容
项目研究内容
1、反渗透装置的设计与加工 、 2、反渗透脱硝酸盐效果的评价 、 3、反渗透工艺条件的优化 、 4、延缓反渗透膜表面结垢的措施 、 5、反渗透浓水处理技术研究 、
地下水中的硝酸盐如何去除
地下水中的硝酸盐如何去除?硝酸盐去除技术大体上分为生物处理和物理化学处理技术，而根据进行去除的场所又可分为原位净化法和处理厂净化法，处理厂净化法根据脱氮技术是否利用有机物又可分为异养型脱氮法和自养型脱氮法。
1.生物处理技术生物脱氮实质是NO-3作为脱氮菌呼吸链末端电子受体而被还原为气态氮的过程。
生物处理技术包括原位生物修复技术和反应器生物处理技术。
（1）原位生物修复技术生物原位除硝酸盐氮的主要机制是反硝化作用，反硝化作用还是生态系统中氮循环的主要环节，是污水脱氮的主要机制。
原位生物处理方法对于去除浅层地下水中硝酸盐来说，费用较低，方法简单。
去除反应为∶若以醋酸盐作有机营养物，化学反应式为∶反应有两步，首先是硝酸盐转变为亚硝酸盐，反应式为∶第二步是亚硝酸盐转变为氮气，反应式为∶地下水硝酸盐生物修复的营养物有醋酸盐、葡萄糖、甲醇或乙醇。
在原位修复技术中，净化的场所是土壤，为了提高氢供体，营养盐的注入、混合和反应效率，一般需设置注入井和处理水井，促进地下水的移动。
（2）反应器生物处理技术反应器生物脱氮是利用人工的生物反应器强化生物脱氮的方法，它包括异养型生物脱氮法和自养型生物脱氮法。
①异养型生物脱氮法硝酸盐氮还原为氮气的过程包括以下几个步骤，NO-3→NO-2→NO—→N2O—→N2。
异养型生物脱氮法需向水体中投加有机碳源，作为反硝化菌的食料。
在饮用水处理中添加碳源以达到适宜的碳氮比（mg/mg）∶甲醇0.93、乙醇1.05、醋酸1.32，在实际应用中为了安全起见都要求基质过量。
异养法虽然去除了硝酸盐，但水体会被残留的有机物污染，需进行复杂的后处理来去除过量的有机物。
在进行地下水硝酸盐去除处理时，多是以饮用水为前提，所以氢供体的选定必须考虑这一点。
从安全性和成本方面考虑使用乙醇和醋酸较多，它们的脱氮反应式可以表示如下∶实际上细胞合成和好氧代谢都消耗氢供体，因此其用量为化学计算量的1.5～2倍。
②自养型生物脱氮法脱氮菌中也有能用氢气、还原态硫化物和二氧化碳等,无机物作为氢供体的自养型细菌，一般情况下自养型细菌增长率低、增长速度慢、菌的增长量少，所以具有剩余污泥的产生量低的优点。
硝酸盐在地下水中的污染与治理
硝酸盐在地下水中的污染与治理随着工业化的发展，地下水污染逐渐成为一个让人担忧的问题。
其中，硝酸盐的污染是最常见的一种。
硝酸盐是一种常见的无机盐类化合物，它在自然界中广泛存在，并且也是农业和工业中常用的化学品。
在农业中，硝酸盐常用于肥料，而在工业中，它也用于制造玻璃、炸药、染料等。
然而，随着农业和工业的不断发展，硝酸盐的排放量也不断增加，从而导致硝酸盐在地下水中的污染问题不断凸显。
本文将详细探讨硝酸盐在地下水中的污染问题以及治理方法。
硝酸盐在地下水中的污染问题硝酸盐在地下水中的主要来源有三种：农业、工业和自然界。
其中，农业是硝酸盐污染的主要来源。
农业中使用的化肥中含有大量的硝酸盐，当农民过量施肥或者使用不当的施肥工具时，硝酸盐就会被冲刷到地下水中。
此外，农业生产中排放的畜禽粪便也是硝酸盐的重要来源。
当农民没有妥善处理畜禽粪便，将其随意倾倒，硝酸盐也会通过渗漏进入地下水中。
工业排放和自然界中的硝酸盐也会对地下水造成一定的影响，但相对来说，其对硝酸盐污染的贡献不如农业。
硝酸盐污染对地下水的影响主要表现为以下两个方面：1.健康问题硝酸盐污染对人体健康有一定的影响。
当人体摄入过量的硝酸盐时，硝酸盐会被转化为亚硝酸盐，这种化合物具有很强的致癌性。
此外，硝酸盐还会与人体内的血红蛋白结合，形成亚硝酸盐，导致缺氧和窒息。
因此，饮用含有过量硝酸盐的地下水会对人体造成健康威胁。
2.环境问题硝酸盐污染还会对环境产生一定的危害。
其中最主要的是对水生生物的影响。
硝酸盐是一种氧化剂，当它进入水体中时，会使水中氧气过度消耗，从而导致水生生物缺氧，严重时甚至导致鱼类大量死亡。
此外，硝酸盐还会导致水体富营养化，形成蓝藻和水华，从而影响水体生态平衡。
硝酸盐污染的治理方法如何治理硝酸盐污染是一个亟待解决的问题。
目前，硝酸盐的排放量仍在不断攀升，治理工作显得尤为重要。
治理硝酸盐污染有以下几种方法：1.加强监管加强硝酸盐排放的监管是治理硝酸盐污染的关键。
催化加氢法去除地下水中硝酸盐氮
它具有反应速度快、不产生二次污染以及反应装置简单
的优 点，是 其他 方法 所无 法 比拟 的 。
２催化剂对去 除硝酸 盐氮的作 用
研 究表 明 ，这 个 反 应 存 在 速 率 问 题 ， 因此 很 多 工 作
１加氢还原法治理地下水 中硝酸盐氮 的基本原理
硝 酸盐 中氮 元素 处 于最 高价 态 ，Ｈ可将 其还 原为 较低 价 态 的氮 气 ，不 会 向水 中引入 其他 元 素 。反 应 方 程 式可 表示 为 ： ５。－Ｎ ３ Ｈ一Ｎ＋６。 ＨＪ２０ ＋２＋ ｆ Ｈ０ ｒ １
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催化加氢法去 除地 下水 中硝酸盐氮术
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地下水中硝酸盐的各种去除方法概述
地下水中硝酸盐的各种去除方法概述1前言水资源的组成部分中地下水占据着重要地位，地下水的重要性从种种数据就可以显示出来，比如地下水占了整个地球淡水资源的95%以上。
而我国地下水有三分之一的补给来源于天然补给，高达8837亿立方米/年，虽然地下水补给不少，但是在我国农村地区，基本上生活饮用、灌溉都来自于地下水，用地下水来灌溉农田的面积占整个耕地总面积的五分之二。
随着河流污染日益严重，不少城市中供给水也都来自于地下水，我国600多个城市中有400多个城市是利用地下水来供给，供水量更是高达城市总供水量的三分之一。
随着氮素化肥在农业中的广泛使用，生活污染任意排放，含氮的工业废水处理净化未达标排放和泄漏，污水随意排放到农田，地下水过量开采导致自然界的氮元素失去平衡，等等，这些不利条件的集合促使硝酸盐在水中的日积月累。
从种种数据中可以发现，如果人体饮用的水中硝酸盐含量超过一定标准，那么就会对人体健康带来影响，甚至可能会引发一些疾病，比如高铁血红蛋白症的出现就会令人体血液失去携带氧气的功能。
另外食用的亚硝酸盐与仲胺类合成会变成亚硝胺类，这种物质存在于人体内，并且达到一定的数量时就会形成致癌物质，导致人体患癌，畸形，疾病突变等情况出现，对人体生命产生严重影响。
我国和世界卫生组织对饮用水中硝酸盐氮含量的规定标准不同，世界卫生组织的规定标准是?10mg/L，我国则是?20mg/L，但是有些地方的地下水硝酸盐的含量更是高达400-500mg/L，这个数值是远远高过世界卫生组织规定的标准。
因此，硝酸盐污染必须给予足够的重视，同时寻找一种经济有效的硝酸盐去除方法，来保证人民饮水安全和建设社会主义和谐社会都有重要的意义。
2地下水中硝酸盐的去除方法及其特点[4，5]想要除去地下水中的硝酸盐有不少方法，目前比较常用、也比较有效的主要方法是生物反硝化以及离子交换剂反渗透工艺两种方法。
虽然我们可以将硝酸盐利用一些物化方式来和饮用水中分离，但是这不是解决问题的最好方法，也不能够很好的解决水中硝酸盐带来的污染，最好的方法还是要令饮用水恢复自然界氮素循环的平衡：①限制人工固氮并且提倡农业清洁生产；②人工动力来将氮素以氮气形式进入到大气中。
地下水硝酸盐污染抽出处理优化方法
地下水硝酸盐污染抽出处理优化方法地下水是重要的饮用水源. 由于人类发展忽略了环境保护，导致地下水污染严重，其中硝酸盐污染问题突出[1]. 过量的硝酸盐会对人类健康造成严重危害，例如蓝婴病[2]. 因此，治理地下水硝酸盐刻不容缓[3].目前，国际上地下水硝酸盐污染治理技术分为原位处理技术和抽出处理技术. 抽出处理技术仍然是最常用的一种. 抽出处理技术的核心在于如何有效地把污染的地下水从含水层中抽出来，通常考虑的因素包括抽水井的位置、抽水井数、抽水速率、安装井和抽水处理成本，需要找到一个合适的方法得到最优解，从而使治理成本最小化[4]. 因此，其关键是多目标优化问题. 目前，国外已有许多模拟优化技术运用到抽出处理技术设计[5]. 传统的优化方法包括线性规划、非线性规划、动态规划、二次规划和整数规划[6]. 较新的优化方法包括遗传算法(GA)[7, 8, 9, 10, 11]和模拟退火法(SA)[12, 13, 14, 15, 16]. 这些优化方法可以耦合到地下水模拟模型中.抽出处理在优化过程中容易陷入局部优化. GA和SA采用了多种全局优化方法，能够实现全局优化. Dougherty等[17]首次将模拟退火法(SA)运用到地下水修复最优设计，在其设计中包含井的安装费用和抽水费用. McKinney等[18]运用遗传算法解决了最大抽水量和最低抽水成本等地下水优化问题. Yoon等[19]运用实数编码遗传算法来确定最优抽水速率和最佳井的位置，最大限度减小了地下水修复系统成本. Erickson等[20]利用小生境技术遗传算法解决了抽出处理地下水修复问题，实现了修复成本和剩余污染物浓度最小化. 吴剑锋等[21]开发改进了一种小生境Pareto遗传算法(INPGA)，以美国麻省军事保护区为实例，通过建立研究区复杂地下水污染治理的多目标优化管理模型，并添加消息传递接口(MPI)的并行计算和个体适应度，提高了运行库计算速度.本文以北京某场地生活垃圾填埋场硝酸盐污染地下水为研究对象，采用Visual MODFLOW 4.6中Modular Groundwater Optimizer (MGO)[22]，将水流模拟软件 MODFLOW、溶质运移MT3DMS与遗传算法和模拟退火法相结合，尝试解决地下水硝酸盐污染抽出处理优化模拟，优化井的位置、井的抽水速率及最小化治理成本. 其执行程序通过FORTRAN自动编码器来汇编，属于内置模块，在优化过程中采用DOS界面运行.1 地下水硝酸盐抽出处理优化系统设计1.1 遗传算法遗传算法(Genetic Algorithm)是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，它最初由美国Michigan大学Holland教授于1975年首先提出. 采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则. 遗传算法的核心是选择、交叉、变异. 更多遗传算法的描述参见文献[23, 24]. 从任一初始种群出发，通过选择、交叉、变异操作，产生一群更适应环境的个体，检查其结果是否符合优化的要求，如果不符合，重复其上述过程，直到优化出满意的结果.1.2 模拟退火法模拟退火法，源于统计热力物理学，它模拟熔融状态下物体逐渐冷却达到结晶状态的物理过程. 材料中的原子原来会停留在使内能有局部最小值的位置，加热使能量变大，原子会离开原来位置，而随机在其他位置中移动. 退火冷却时速度较慢，使得原子有较多可能可以找到内能比原先更低的位置. 不依赖初始模型的选择，能寻找全局最小点而不陷入局部极小[19]. 模拟退火算法的操作步骤如下.步骤1：给定初始温度T0解X0算f0=f(x0); 步骤2：随机产生扰动Δx,计算f1=f(x0+Δx)和Δf=f1-f0; 步骤3：若Δf≤0则转步骤5，否则产生随机数R∈[0,1]; 步骤4：若p=exp(-Δf/T)≥R，则用x′=x0+Δx代替x0， f1代替f0; 步骤5：检查M过程是否结束，若未结束则转步骤2; 步骤6：降低温度参数T; 步骤7：判断终止准则是否满足，若满足，则算法终止，否则，转步骤2.1.3 地下水多目标优化模型地下水优化模型通常包含两组变量：决策变量和状态变量. 在优化过程中的目的是识别这些决策变量的最佳组合. 状态变量依赖地下水流方程的水头和地下水溶质运移方程的浓度. MODFLOW水流方程如下：式中，Kx、 Ky、 Kz分别为渗透系数在x、 x、 y方向的分量; h表示水头(m); qs表示单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量(d-1); Ss表示贮水率(m-1); t表示时间(d). MT3DMS地下水溶质运移方程：式中,θ表示含水层的孔隙度(无量纲); cK表示溶质组分K的浓度(mg ·L-1); D ij是水动力弥散系数张量(m2 ·d-1); vi是孔隙中实际水流速度(m ·d-1); qs表示单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量(d-1); cKs是源汇项溶质组分K的浓度(mg ·L-1); Rn 表示化学反应项总和[mg ·(L ·d)-1].优化设计过程中，目标函数包含井的安装费用、抽水费用、抽水地下水硝酸盐治理费用等. 其数学表达式如下.最小化：约束条件：式中,J表示目标函数，a1表示安装一口井的总费用，W表示研究区备选井的数量，N 是总的优选井数量，即从备选井中优化出来井的数量，a2是抽出和处理单位体积的水的费用[4]，Qi单位时间抽水的体积(m3 ·d-1)，Qmin和Qmax分别是最小抽水和最大抽水量，Δti是井i持续抽水时间(d)，hi是井i的水头(m)，hmin和hmax分别是最小水头和最大水头(m); ci是井i的溶质的浓度(mg ·L-1)，c*表示目标治理浓度(mg ·L-1). 上述定义多目标优化方案也可以通过试错法解决. 虽然试错法简单、易用，但测试和检验烦琐，且不能保证组合的最优方案，容易产生局部优化，往往很难找到最优的抽出处理方案. 所以在满足所有约束条件下，应用遗传算法和模拟退火法比试错法更有效解决井的位置及组合问题[22].图 2 研究区三维地质剖面2 材料与方法2.1 研究区水文地质条件研究区位于北京某场地，所处区域地势平坦. 场地东侧为养殖场，西南侧为当地农民耕作农田，农村垃圾和畜禽养殖废水均排放到池塘(图 1).图 1 研究区初始流场示意依据场地调查资料，利用CTECH对研究区构建三维地质剖面图，第一层主要含水层为非承压含水层，地下水标高16~23 m，厚度约6.92 m，以粉细砂为主，局部夹有砂质粉土、黏质粉土和粉质黏土(图 2). 研究区第一含水层下面主要为砂质粉土、黏质粉土，渗透性很差，能够起到较好的隔水作用.在研究区进行单孔抽水试验. 通过Aquifer Test软件分析，结果见表 1. 研究区含水层的平均渗透系数为3.37 m ·d-1.表 1 不同求参方法中渗透系数和导水系数结果表2.2 研究区地下水污染状况利用Geoprobe钻机对生活垃圾填埋场地下水及池塘污水进行取样调查. 现场测试数据：池塘地表水的NH+4-N高达46.8 mg ·L-1，同时地表 50 cm渗坑NO-3-N高达65 mg ·L-1. 研究区地下水硝酸盐仍处于不断变化的情况，同时场地调查尚不够充分，不足以刻画出实际地下水硝酸盐的污染羽状况. 因此，本研究以农村垃圾和畜禽养殖废水为污染源，硝酸盐入渗浓度为65 mg ·L-1，模拟在天然地下水流动情况下释放5 a形成的硝酸盐污染羽作为抽出处理的初始污染羽. 研究区硝酸盐初始污染羽总量为36.99 kg，见图 3.2.3 抽出处理备选井方案为了设计合理的抽出处理治理优化方案，根据模拟生成硝酸盐污染羽形成的范围及通过试错法确定的较为有效的抽水井位置，在研究区布置了18口备选井方案(图 3). 目的是在满足治理成本最小情况下，抽出处理后达到目标治理浓度，同时确定最佳井数及其井的位置和抽水速率.研究区周围地下水硝酸盐背景浓度约为1 mg ·L-1. 将研究区红色框作为浓度约束区，在100 d抽出处理修复时间内，其硝酸盐目标修复浓度低于10 mg ·L-1.2.4 模型概化及参数确定研究区场地范围较小，可以将研究区假设为均质各向异性含水层. 地下水硝酸盐污染浓度主要分布在第一含水层，该层下部主要为砂质粉土、黏质粉土，渗透系数较差，能够起到较好的隔水作用，故而将含水层概化成一层. 研究场地为225 m×200m，将其剖分成2.25 m×2 m. 地下水从北东方向向南西方向流(图 1). 研究区的初始水力坡度约为0.01. 西北方向和东南方向为隔水边界. 地下水硝酸盐的阻滞因子设为1. 地下水流模拟设置为稳定流模拟(两种优化方法只适合稳定流[4])，模型输入参数见表 2.图 3 地下水硝酸盐初始污染羽分布示意和备选井位置表 2 模型输入参数表 3列出了安装一口井的总费用、抽出和处理单位体积水的费用[4]. 最小与最大水头值、最小与最大抽水量及硝酸盐目标治理浓度等约束条件.表 3 费用系数和约束变量3 优化结果分析与讨论3.1 抽出处理优化本研究中GA设定的相关参数如下：种群数目为100，最大遗传代数为100，每口井的抽水速率离散化区间数为32，交叉概率为0.90，变异概率为0.05. SA设定的相关参数如下：初始温度为1，抽样次数10000，降温率为0.9，最大迭代次数为100.两种优化方法都要求浓度约束区治理100 d后的地下水硝酸盐(以氮计)达到10 mg ·L-1. GA优化结果：8号井优化抽水速率为155 m3 ·d-1，14号井优化抽水速率为10 m3 ·d-1; SA优化结果：8号井优化抽水速率为82 m3 ·d-1，14号井优化抽水速率为39 m3 ·d-1. 其他井都为零(表 4). GA在8号井优化的抽水速率比SA在8号井的要大，在14号井优化的抽水速率比SA在14号优化的速率要小. 但SA总抽水速率(121 m3 ·d-1)比GA(165 m3 ·d-1)小.表 4 优化井位置与抽水速率基于GA和SA优化的抽水速率，100 d后硝酸盐总去除量分别为28.45 kg和31.42 kg，其总量去除率分别76.89%和84.92%，见图 4. 优化过程中发现，总抽水速率和硝酸盐总去除量存在近似线性增加的趋势.GA、 SA同时优化了井的位置和抽水量. 图 4可以看出研究区中18口备选井方案，两种优化方法最优的两口井都是8号井和14号井. 说明在该场地抽出处理中，只需要2口井就可以满足约束条件，到达治理目标，比初始方案减少16口井，节省了井的安装成本. 同时说明最优井的位置在污染羽的中轴线上中游和中下游抽水布置最为合理.图 4 GA和SA抽水治理100 d后地下水硝酸盐分布示意3.2 GA与SA对比分析GA、 SA不仅可以优化井的位置、抽水速率及井数，而且还可以优化系统治理成本(井安装成本与抽出处理成本之和)，见表 5. GA和SA优化井数一样，其安装成本也就一样，但SA优化总的抽水量比GA要低，所以SA优化的系统成本要比GA要低，说明SA在多目标地下水硝酸盐修复优化管理要比GA体现出一定的优越性，体现在节省系统治理成本.图 5为GA与SA遗传代数与目标函数优化收敛对比. GA在40代后优化目标函数趋于收敛，而SA在20代后趋于稳定. GA在前20代目标函数优化波动性比SA要大. 两者最终都趋于稳定. 两种优化方法识别决策变量的最佳组合. 在最小化治理成本下，全局优化井数、井的抽水量、安装成本、抽水处理成本，使得优化结果可信. SA的系统治理成本要比GA 少3338.45元，节省成本约6.8%，见表 5具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。
污水处理中的高效去除硝酸盐和亚硝酸盐的技术
污水处理中的高效去除硝酸盐和亚硝酸盐的技术污水处理是保护环境和维护人类健康的重要措施之一。
其中，去除硝酸盐和亚硝酸盐是污水处理过程中的关键步骤。
本文将介绍一些高效去除硝酸盐和亚硝酸盐的技术，以期提供一些有益的参考。
一、生物处理法生物处理法是目前广泛应用于污水处理的一种方法。
去除硝酸盐和亚硝酸盐的主要机制是通过微生物的作用将其转化为氮气，从而实现去除的效果。
其中，硝化和反硝化是生物处理法中关键的步骤。
在硝化过程中，氨氮首先通过硝化菌氧化为亚硝酸盐，再经过其他细菌的作用，进一步氧化为硝酸盐。
而在反硝化过程中，亚硝酸盐和硝酸盐被一些反硝化菌还原为氮气，从而实现氮的去除。
生物处理法具有处理效率高、经济成本低的优点。
通过调整污水处理系统中的操作条件，如提高氧气供应、控制温度等，可以进一步提高硝酸盐和亚硝酸盐的去除效率。
二、化学氧化法化学氧化法是用化学方法将硝酸盐和亚硝酸盐转化为无害的物质。
其中，常用的化学氧化剂包括高锰酸钾和过氧化氢等。
高锰酸钾常用于硝酸盐的氧化。
在酸性条件下，高锰酸钾可以迅速氧化硝酸盐，生成氮气和硝酸等产物。
然而，该方法存在一些缺点，如生成的副产物含有重金属离子，对环境具有一定的污染。
过氧化氢在中性或弱碱性条件下可以将亚硝酸盐氧化为氮气和水。
过氧化氢具有高效、无毒的特点，因此在处理亚硝酸盐时广泛应用。
但是，需要注意的是，过氧化氢在常温下不稳定，需要进行恰当的保存和使用。
化学氧化法可以在短时间内实现硝酸盐和亚硝酸盐的去除，但需要注意合理控制氧化剂的投加量，以避免对环境造成不必要的影响。
三、膜分离法膜分离法是一种通过膜的选择性透过性，实现溶质的分离和浓缩的技术。
在去除硝酸盐和亚硝酸盐的过程中，常用的膜分离技术包括逆渗透和超滤等。
逆渗透是利用半透膜将水中的溶质与溶剂分离的方法。
逆渗透膜具有高选择性和高通量的特点，可以有效去除水中的硝酸盐和亚硝酸盐。
然而，逆渗透膜的应用需考虑水质、操作条件等因素，以保证其长期稳定运行。
如何去除地下水中的NO3
如何去除地下水中的NO3—N1 引言由于农业氮肥的过量使用、含氮工业与生活废水的不达标排放、固体废物淋滤下渗等原因，造成地下水中硝酸盐污染严重.欧盟环境署在2003年调查发现：西班牙有80%、英国有50%、德国有36%、法国有34%、意大利有32%的地下水体中硝酸盐氮浓度的平均值大于25 mg·L-1.在比利时、埃及等国家过量使用氮肥50~75 kg·hm-2.在我国，超过一半地区浅层地下水遭到硝酸盐氮的污染，严重影响地下水水质，而农业生产过程中，氮肥的平均利用率不到40%，是造成地下水硝酸盐污染的主要原因.地下水中NO3--N的去除方法大致分为化学、物理化学、生物处理三种.应用最多的是物理化学方法，其中零价纳米铁由于来源广、表面积大、强氧化性等优点得到广泛的研究，但是在场地修复中发现纳米铁容易团聚、氧化，限制其在地下水中的应用，因此需对纳米铁进行改性.目前提高其分散性能及抗氧化能力的方法大致有两种：①采用分散剂对纳米铁进行表面改性，分散剂可以包覆在纳米铁表面，有效地减少其团聚及氧化，目前采用较多的是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、淀粉、羧甲基纤维素钠等.Pijit Jiemvarangkul等采用PVP、PAA以及大豆蛋白等3种聚合电解质对纳米铁进行改性，明显提高了其稳定性及迁移能力，增大了地下水污染修复的反应区域;②在纳米铁上负载其他金属，构成双金属结构.这样既能减少纳米铁的氧化，又能构成微电解结构，提高反应活性，目前研究最多的负载金属为Pd、Cu、Pt等.S. Mossa Hosseini等在纳米铁表面负载金属铜构成纳米Fe/Cu颗粒，发现添加2.5% Cu的Fe/Cu颗粒在与NO3--N反应200 min后仍有较高的去除效率，说明纳米铁的表面形成一层铜的氧化物保护膜，防止纳米铁被氧化.此外为了进一步减小其团聚现象，可将改性后的纳米铁附着在有较大比表面积的固相材料上，采用较多的为活性炭、壳聚糖、膨润土等.Babak Kakavandi等将Fe/Ag纳米粒子附着在活性炭上，减小了Fe/Ag 纳米粒子的团聚.在反应过程中，活性炭不仅能吸附污染物，而且还与Fe/Ag纳米粒子构成微电解结构，进而提高了处理效率.虽然上述两种方法提高了纳米铁的反应效率，但是往地下水中引入化学表面活性剂和重金属可能会造成潜在的污染风险.为了达到既能减少纳米铁的团聚、提高分散稳定性，又不造成二次污染的目的，采用生物表面活性剂对纳米铁进行改性.生物表面活性剂由于具有较强的分散性能，又容易被微生物降解，广泛应用在食品、化妆品、农业和石化等行业，但是将其应用在地下水污染修复中研究还比较少见.茶皂素是从油籽茶饼中提取出的产品，其基本结构是由糖体、有机酸和配基组成的，属于五环三萜类皂甙，其中甙元是β-香树素的衍生物，是一种天然表面活性剂.无患子果实的主要化学成分为无患子皂苷，为天然的非离子型表面活性剂.鼠李糖脂是一种生物型阴离子表面活性剂，目前研究最多的是从假单胞菌中提取，同时也是一种应用技术最为成熟、研究时间最长的生物表面活性剂.试验采用茶皂素、无患子、鼠李糖脂3种生物表面活性剂对纳米铁进行改性并附着在活性炭上，去除水中NO3--N.通过批试验、沉降试验、迁移试验分析其对纳米铁/炭复合材料的改性作用及对NO3--N去除效率的影响，为应用在地下水污染修复中提供新思路.2 材料与方法2.1 试剂与仪器七水合硫酸亚铁、无水乙醇、硝酸钠、氨基磺酸(天津市光复科技发展有限公司)，硼氢化钠、1，10-邻菲啰啉(成都市科龙化工试剂厂)，活性炭(重庆茂业化学试剂有限公司)，以上药品均为分析纯.石英砂(利源建材公司)，鼠李糖脂(大庆沃太斯化工有限公司)，茶皂素、无患子(西安嘉天生物科技有限公司)，高纯氮，试验用水为超纯水.紫外分光光度计(TU-1901，中国)、可见分光光度计(T6，中国)、扫描电镜(JSM-7500F，日本)、X射线衍射仪(DX-700，中国)、简易蠕动泵(AB08，中国)、水浴恒温振荡器(SHZ-82，中国)、酸度计(PHS-3C+，中国)、电动搅拌器(JJ-1B，中国).2.2 试验方法2.2.1 纳米铁/炭复合材料的制备试验采用液相还原法制备纳米铁，并将其负载在活性炭上构成纳米铁/炭复合材料.反应方程式如下：Fe(aq)2++ 2BH4(aq)- + 6H2O(l) →Fe(s)0↓ + B(OH)3(aq) + H2(g)↑具体操作为：量取140 mL除氧超纯水和66 mL无水乙醇，混合形成醇水体系并转移至三口烧瓶内，将烧瓶固定于电动搅拌器上，启动搅拌器并调节转速至500 r·min-1. 称取1.8 g硼氢化钠固体、5 g七水合硫酸亚铁.将七水合硫酸亚铁溶于醇水体系中，待完全溶解后，利用加料器以20 mL·min-1速度向烧瓶中匀速加入新配制的硼氢化钠溶液.搅拌约10 min 后，向烧瓶中倒入0.4 g活性炭后继续搅拌20 min，将制得的纳米铁/炭复合材料先用无水乙醇洗涤材料3次，再用脱氧去离子水洗涤2次后保存于无水乙醇中.所有容器、溶液在使用前均用氮气吹脱除氧，活性炭为经过研磨过筛后粒径为75 μm的颗粒状分析级煤质炭.2.2.2 改性纳米铁/炭复合材料的制备改性纳米铁/炭复合材料的制备则是在溶解七水合硫酸亚铁之前将生物表面活性剂先溶于醇水体系，其他步骤与纳米铁/炭的制备相同.2.2.3 纳米铁/炭去除水中硝酸盐批试验配制60 mg·L-1 NO3--N的硝酸钠溶液，移取200 mL该溶液至血清瓶，通氮气除氧10 min后，加入纳米铁/炭复合材料，密封血清瓶，置于水浴恒温震荡器，温度控制在25 ℃，利用医用注射器吸取5 mL反应液，经0.22 μm滤头过滤后保存，采用紫外分光光度法测定NO3--N的含量.选取纳米铁/炭投加量0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g来考查其投加量对NO3--N 去除效率的影响.选取鼠李糖脂、茶皂素、无患子的投加量分别为反应前材料投加总质量的0.1%、0.4%、0.7%、1.0%、1.3%来考查生物表面活性剂投加量对纳米铁/炭去除硝态氮的影响.2.2.4 纳米铁/炭沉降试验沉降试验是用来评估纳米铁/炭的稳定性.制备浓度为1 g·L-1的纳米铁/炭和3种改性纳米铁/炭溶液各200 mL.在室温下，以转速为500 r·min-1的搅拌速度搅拌均匀后静置，用紫外分光光度计每隔2 min测定1次悬浮液的吸光值(Jiemvarangkul et al.，2011)，做出吸光度(不同时间的吸光度A与初始吸光度A0的比值)随时间的变化曲线.用A/A0比值表示所制备材料的稳定性，A/A0比值越大，其悬浮液稳定性越强.2.2.5 纳米铁/炭迁移试验纳米铁/炭的迁移能力直接影响地下水反应带的修复效果，试验采用图 1所示的模型进行，用来研究表面活性剂对纳米铁/炭迁移性能的改变，选用的有机玻璃柱高30 cm，内径3 cm，柱两端设有布水板并衬有纱布，柱中填充材料为粒径0.5~1 mm、密度1.5 g·cm3-、孔隙度为0.48的石英砂.图 1迁移试验模型纳米铁浆液由蠕动泵迁移至玻璃柱下方进水口，从上方出水口迁移出，并收集出水样液.试验具体运行参数见表 1.表 1 模拟试验运行参数试验分别考察生物表面活性剂的种类和投加量对纳米铁/炭穿透率的影响.具体操作为：先往有机玻璃柱中自下而上注入超纯水，待出流口稳定后，注入纳米铁/炭浆液，注入完成后用超纯水冲洗，直到出流液中检测不到纳米铁为止，出流液每30 mL收集1次，采用邻菲啰啉分光光度法测定总铁浓度，计算纳米铁/炭中纳米铁出流总量与注入总量质量比，得出迁移率.3 结果3.1 纳米铁/炭投加量选取试验如图 2所示，随着纳米铁/炭投加量的增加，对NO3--N的去除效率逐渐提高.在反应40 min时，投加0.5 g纳米铁/炭的去除率为51.7%;投加1 g纳米铁/炭的去除率为93.3%;投加1.5 g纳米铁/炭的去除率为95.5%;投加2 g纳米铁/炭的去除率为1 00%.在不断搅拌的情况下，随着投加量增加，去除速率不断提高.选取1.5 g为纳米铁/炭的最佳投加量，以便更清楚地反应其去除规律.图 2不同投加量纳米铁/炭对硝态氮去除率的影响3.2 不同投加量生物表面活性剂对纳米铁/炭的改性作用如图 3a所示，随着鼠李糖脂的投加量增加，改性材料对NO3--N的去除效率先升高再降低.当投加量为0.7%时，反应10 min的去除效率就达到100%，此时去除效率最高，继续增加投加量，反而降低了纳米铁/炭的活性，可能原因是加入少量生物表面活性剂后，在纳米铁表面形成一层膜，阻隔了纳米铁团聚，减少了其氧化程度，从而增强了对NO3--N的去除效率;但是当表面活性剂的投加量继续增加，导致纳米铁表面的膜厚度增加，减小了传输电子的能力，降低了还原能力，最终减小了对NO3--N去除效率.图 3b中茶皂素与图 3c中无患子均出现类似的规律，分别在1.0%、0.7%时改性纳米铁/炭的去除NO3--N效率达到最高.图 3不同投加量生物表面活性剂对硝态氮去除率的影响3.3 4种纳米材料的去除效率选取鼠李糖脂、茶皂素、无患子的投加量依次为0.7%、1.0%、0.7%，4种纳米材料对硝态氮的去除效率对比见图 4.经过三种生物表面活性剂改性后的纳米铁/炭对硝态氮的去除效率明显提高，去除效果由高到底依次为鼠李糖脂、无患子、茶皂素，在10 min时去除率分别为100%、66.32%、59.77%.相比其余两种表面活性剂，由于鼠李糖脂纯度较高，并且在改性过程中产生大量泡沫，改性效果最好(苏燕等，2015).图 4 4种材料对硝态氮去除率的影响3.4 纳米铁/炭的表征及分析图 5为纳米铁/炭及3种改性纳米铁/炭的SEM表征图，片状结构为活性炭，吸附在表面的粒子为纳米铁.图 5a未改性纳米铁/炭中纳米铁粒子没有很好地附着在活性炭上，且团聚比较明显;图 5b中经过茶皂素改性的纳米铁/炭能够很好地附着在活性炭上，团聚现象明显改善，可清晰看到纳米铁颗粒;图 5c为经过鼠李糖脂改性过的纳米铁/炭，纳米铁的分散程度和在活性炭上的附着程度都是最好的，纳米铁粒径大致在60~100 nm;图 5d为无患子改性的纳米铁/炭，纳米铁能够很好地负载在炭上，但是团聚现象仍存在.图 5 4种材料的SEM表征图对4种材料也做了XRD表征，见图 6.在2θ为2 6.8°、44.8°处分别都有活性炭和零价铁的特征衍射峰，铁的特征峰对应晶格面(110)，说明结晶时沿一定方向生长.与纳米铁/炭的谱图相比，改性纳米铁/炭复合材料的XRD谱图中活性炭的特征峰强度接近纳米铁/炭的活性炭特征峰，但铁的特征峰没有纳米铁/炭的Fe衍射峰特征性强，这也从侧面验证了生物表面活性剂对纳米铁进行了包覆，才检测不出明显的Fe的特征衍射峰.图 6 4种材料的XRD图3.5 不同介质中纳米铁/炭的氧化试验表 2为不同纳米铁/炭材料在不同介质中存放一定时间，再投入到NO3--N溶液中反应2 h时的去除率.表 2 不同介质中不同纳米铁/炭材料的氧化试验当制备出的纳米铁/炭材料直接用于试验，反应2 h后可以完全去除水中的NO3--N，而暴露在空气中2 h后的去除率降低到14.16%，材料存放到第20 d已经完全失活，即使经过改性的纳米铁/炭在空气中也极易被氧化.在水中，纳米铁的氧化得到有效缓解，存放2 h 后纳米铁/炭的去除率降低到74.32%，存放30 d的去除率仍有34.67%.在乙醇中的抗氧化效果最为明显，存放2 h后的去除率高达96.54%，存放30 d，纳米铁/炭的去除率也能达到70.75%.同时发现，最初1 d内保存在各个介质中的改性纳米铁/炭反应活性高于未改性的纳米铁/炭，但在10 d到30 d内，反应活性反而低于未改性的纳米铁/炭.可能原因是，暴露在空气中时，尽管改性纳米铁/炭中表面活性剂对纳米铁形成一层保护膜，防止被氧化，但对于反应活性，起主导作用的仍是表面活性剂对纳米铁的分散作用，还原能力增强，从而越容易被氧化，去除速率降低也越快，但对比3种生物表面活性剂在乙醇中的氧化情况，发现分散性最好的鼠李糖脂改性纳米铁/炭的去除速率降低的最慢.可能原因是，对于存放在乙醇中的改性纳米铁/炭，影响反应活性的主导因素是纳米铁/炭之间的团聚作用，而不是氧化作用.鼠李糖脂对纳米铁/炭改性分散效果最好，从而反应活性要高于其余两种改性纳米铁/炭.图 7中a未改性纳米铁/炭材料在介质水中存放1 d的SEM表征图，纳米铁粒子团聚严重，影响负载效果.经过鼠李糖脂改性后的纳米铁/炭7b在介质水中存放1 d后纳米铁粒子分散较为明显，能够清晰看到活性炭上负载着纳米铁粒子，此时的去除率仍高于未改性的纳米铁/炭.图 7纳米铁材料在介质水中存放1d后的SEM表征图3.6 纳米铁/炭沉降试验纳米铁/炭的悬浮稳定性是由沉降试验来测定的，图 8为4种纳米铁/炭材料80 min内固体悬浮物的变化.图 8 4种材料沉降试验改性纳米铁/炭悬浮稳定性的平均值是纳米铁/炭的2倍，其中鼠李糖脂的改性作用最为明显.测定后期A/A0的比值有微弱的回升，可能原因是测定时与空气接触时间过久导致纳米铁被氧化，影响到吸光度的测定.3.7 纳米铁/炭迁移试验纳米铁在地下水中的迁移能力直接影响地下水中NO3--N污染修复效果，所以探究生物表面活性剂对纳米铁/炭迁移能力的改善也是有必要的.在试验过程中，纳米铁/炭和投加0.1%鼠李糖脂改性的纳米铁/碳在迁移过程中发生堵塞，图 9中，投加0.4%以上鼠李糖脂的纳米铁/炭在有机玻璃柱中的迁移率均在35%以上，而且在投加量为0.4%到1.3%范围内，随着鼠李糖脂投加量的增加，改性纳米铁/碳迁移效果越来越好.主要原因是，纳米铁是纳米级的，但活性炭不是纳米级的，形成的纳米铁/炭的迁移能力受到活性炭的影响而降低.生物表面活性剂除了对纳米铁改性外，同样对活性炭进行了改性，减小了纳米铁/炭的粒径，从而有利于提高迁移能力.图 10中，当茶皂素、无患子、鼠李糖脂的投加量分别为1.0%、0.7%、0.7%时，经过无患子改性后的纳米铁/炭迁移效果最佳.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。
污水处理中的硝酸盐去除
建立数学模型，模拟污水处理过程中硝酸盐的去 除过程，通过模拟结果与实际结果的比较，评估 去除效果。
去除效果的实验验证
对比实验
01
通过对比不同处理工艺或不同操作条件下的硝酸盐去除效果，
验证最佳工艺或操作条件。
重复实验
02
在相同条件下重复进行实验，观察去除效果的重复性和稳定性
。
交叉验证
03
采用不同的评估方法对同一处理工艺或操作条件下的硝酸盐去
除效果进行验证，以提高评估结果的准确性和可靠性。
去除效果的优化策略
调整工艺参数
引入新型材料
根据实验验证结果，调整污水处理工艺的 参数，如反应时间、pH值、温度等，以提 高硝酸盐的去除效果。
研究并应用新型的吸附剂、催化剂等材料 ，提高硝酸盐的去除效率。
联合多种方法
加强运行管理
结合物理、化学和生物等多种方法，综合 提高硝酸盐的去除效果。
厌氧氨氧化技术
在厌氧条件下，利用厌氧氨氧化菌将硝酸盐和氨氮转 化为氮气。
短程硝化反硝化技术
通过控制硝化反应的pH值，使硝化反应停留在亚硝 酸盐阶段，从而减少反硝化所需的碳源。
化学脱氮技术
离子交换法
利用特定的离子交换剂吸 附硝酸根离子，达到去除 目的。
化学沉淀法
通过向水中投加药剂，使 硝酸盐与药剂发生化学反 应，生成沉淀物，再通过 沉淀、过滤等方法去除。
硝酸盐在污水处理中的重要性
环保要求
随着环保标准的提高，污水处理后出水中的硝酸盐含量需满 足严格的排放标准。
工艺要求
部分污水处理工艺需要去除硝酸盐以保证后续处理效果，如 反渗透等。
02 硝酸盐去除技术
生物脱氮技术
硝化反硝化技术
农村地下水中硝酸盐污染状况及原因分析
农村地下水中硝酸盐污染状况及原因分析引言:地下水是农村居民饮水的主要来源，而近年来，农村地下水中硝酸盐污染问题越来越突出，对人体健康和环境造成了严重的威胁。
本文将对农村地下水中硝酸盐污染的状况进行详细的分析，并探讨其原因。
一、农村地下水中硝酸盐污染的状况农村地下水中硝酸盐是一种常见的污染物，其主要状况表现为以下几个方面：1. 浓度超标：硝酸盐是一种常见的无机盐，其在农村地下水中的浓度通常应在20mg/L以下。
现实情况是，很多农村地下水中的硝酸盐浓度超过了这个标准，甚至达到了几十甚至上百毫克每升。
2. 分布广泛：农村地下水中的硝酸盐污染问题不仅仅是个别地区的问题，而是广泛分布在各地农村地下水中，无论是北方还是南方的农村地下水中均存在硝酸盐污染。
3. 影响范围广泛：硝酸盐对人体健康有害，对饮用农村地下水的居民健康产生了严重的危害。
硝酸盐还会对土壤和植物产生负面影响，导致农作物的产量和品质下降。
1. 化肥使用不当：农村地区的农民普遍使用化肥来提高农作物的产量。
过量使用化肥或者不当施肥会导致土壤中的硝酸盐大量积累，并通过土壤渗透到地下水中，从而导致地下水中硝酸盐浓度超标。
2. 农田面源污染：农田里的化肥和农药等农业投入品在雨水的冲刷下会随着农田表土流入农村地下水中，从而导致地下水中硝酸盐污染。
3. 黄河冲淤影响：黄河是中国北方地区的重要水资源，然而由于黄河水位的升降不定以及河水的冲刷作用，导致黄河下游地区的地下水中硝酸盐含量较高。
4. 土壤特性：部分地区的土壤本身就富含硝酸盐，这就导致了农村地下水中硝酸盐污染问题的存在。
三、硝酸盐污染的影响及解决办法农村地下水中的硝酸盐污染会对人体健康和环境产生严重的危害。
硝酸盐污染的解决需要从源头控制和治理两方面入手：1. 源头控制：合理使用化肥，不过量施肥，选择适合农作物需求的施肥量，并进行合理的时间和方法，减少化肥对地下水的污染。
2. 农田管理：加强农田管理，采取措施减少农药和化肥的流失，例如覆盖农田、植物护坡等，减少农田对地下水的污染。
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地下水中硝酸盐的各种去除方法概述
1前言
水资源的组成部分中地下水占据着重要地位，地下水的重要性从种种数据就可以显示出来，比如地下水占了整个地球淡水资源的95%以上。
而我国地下水有三分之一的补给来源于天然补给，高达8837亿立方米/年，虽然地下水补给不少，但是在我国农村地区，基本上生活饮用、灌溉都来自于地下水，用地下水来灌溉农田的面积占整个耕地总面积的五分之二。
随着河流污染日益严重，不少城市中供给水也都来自于地下水，我国600多个城市中有400多个城市是利用地下水来供给，供水量更是高达城市总供水量的三分之一。
随着氮素化肥在农业中的广泛使用，生活污染任意排放，含氮的工业废水处理净化未达标排放和泄漏，污水随意排放到农田，地下水过量开采导致自然界的氮元素失去平衡，等等，这些不利条件的集合促使硝酸盐在水中的日积月累。
从种种数据中可以发现，如果人体饮用的水中硝酸盐含量超过一定标准，那么就会对人体健康带来影响，甚至可能会引发一些疾病，比如高铁血红蛋白症的出现就会令人体血液失去携带氧气的功能。
另外食用的亚硝酸盐与仲胺类合成会变成亚硝胺类，这种物质存在于人体内，并且达到一定的
数量时就会形成致癌物质，导致人体患癌，畸形，疾病突变等情况出现，对人体生命产生严重影响。
我国和世界卫生组织对饮用水中硝酸盐氮含量的规定
标准不同，世界卫生组织的规定标准是?10mg/L，我国则是?20mg/L，但是有些地方的地下水硝酸盐的含量更是高达400-500mg/L，这个数值是远远高过世界卫生组织规定的标准。
因此，硝酸盐污染必须给予足够的重视，同时寻找一种经济有效的硝酸盐去除方法，来保证人民饮水安全和建设社会主义和谐社会都有重要的意义。
2地下水中硝酸盐的去除方法及其特点[4，5]
想要除去地下水中的硝酸盐有不少方法，目前比较常用、也比较有效的主要方法是生物反硝化以及离子交换剂反渗透工艺两种方法。
虽然我们可以将硝酸盐利用一些物化方式来和饮用水中分离，但是这不是解决问题的最好方法，也不能够很好的解决水中硝酸盐带来的污染，最好的方法还是要令饮用水恢复自然界氮素循环的平衡：①限制人工固氮并且提倡农业清洁生产；②人工动力来将氮素以氮气形式进入到大气中。
2.1原位生物脱氮法
原位处理简单来说就是在原本被污染的地方进行重新
净化污染的方法，这种方法投入成本低，而且操作十分方便，
但是在进行实验的时候要对该地方地下水的相关情况有所了解，比如水质，对当地的一些水文地质资料也要有掌握。
对地下水硝酸盐进行原位生物处理，这种方法在国外早就开始研究并且取得一定的成功，特别是在欧洲以及日本等发达国家已经投入实际使用，主要是以种植需要的植被或者在地下水中投入香蒲植物的茎、叶等，这样做就是为去除地下水中硝酸盐提供所必须的营养物质。
使用原位生物处理方法来分离水中的硝酸盐所需要的费用会随着地下水位深度的增加而明显增加，而且使用该方法对地下水的流向很难把握。
2.2反应器生物脱氮法
该方法是在人工制作的生物反应器中进行脱氮，包含异养菌脱氮和自养菌脱氮两种方法。
异养法要在水中加入能够促进反应的有机碳源作为食料，比如乙醇、醋酸等，这样能够加速硝酸盐还原氮气的过程，由于反应速度快，这样需要的费用就比较低。
不过该方法也有缺点，该反应过程中会有细胞合成，导致脱氧菌繁殖，这就需要对其进行后处理，包括剩余污染和过剩氢供体处理。
与异养法相对的自养法则不需要在反应器中加入有机质，利用氢气、二氧化氮等无机物作为反应过程中所需的氢供体进行。
该方法远不如异养法成熟，还在进一步探讨研究中。
2.2.1反渗透法（RO）
这种膜处理工艺运用各种合成聚合物使水分子通过，而使污物截流。
应用：主要用于水的淡化除盐，工业废水处理和医药工业。
缺点：水量损耗大；在单独处理硝酸盐是成本较高。
2.2.2离子交化法
该处理方法是最常用的去除硝酸盐的方法，我们将离子交换法分为固定床与连续床两种系统，其中固定床系统还包含顺利再生系统以及改进完善后的逆流再生系统。
a.顺流再生法
应用：此传统系统是用于去除低浓度硝酸盐。
缺点：只能用于去除地含量硝酸盐；吸附剂效率低；再生剂消耗大，再生效率低；由于渗流形成聚流失硝酸盐泄露；运行时间短。
b.逆流再生法
应用：再生盐溶液从容器底部向上流经树脂床；是改进后的树脂床；同顺流再生法相比，此方法硝酸盐泄露量较小，再生剂单位消耗量可降低20?-40?。
缺点：除了可提高处理效率外，这种处理法同传统固定床离子交换法有相同局限性。
2.3物化方法除去地下水中的硝酸盐
常说的物化方法包括蒸馏、电渗析、离子交换法等，但是除了离子交换法可以应用于大规模饮用水外，其他几种物化方法都不能够实现，而且利用物化方法去除硝酸盐所需要的成本太高，物化过程中选择性也不高，在进行中有可能会去除掉对人本本身有益的元素，且实现效率也较低。
2.4化学催化反硝化法
还原硝酸盐成氮气的条件较难控制，比如金属铁和二价铁，十分容易产生副产物，因此人们在使用方法过程中会适当加入催化剂，尽量让副产物出现的数量减少，进而形成了催化剂还原硝酸盐的方法。
该方法主要是将氮气作为还原剂，并且将金属等催化剂附于多孔介质上，从而达到催化还原水中硝酸盐的目的。
化学催化反硝化研究始于20世纪80年代末，德国学者V orlop K.D.等人最早提出一通入的氢气为还原剂，在负载型的二元金属催化剂（如PbCu-Al2O3）的作用下，将硝酸盐氮还原[10]。
从理论上来看，选择合理的催化剂以及控制好反应条件，再通过化学催化剂就可以实现将硝酸盐氮完全转化为氮气的目的。
使用的催化剂中的催化活性是生物反硝酸酶的30倍还高。
该化学反应过程可以在地下水中实现，所以以氮气为还原剂不会让处理水给地下水带来二次污染。
3 结论
综上所述，原位生物脱氮法、反应器生物脱氮法、物化方法、化学方法还原法以及化学催化反硝化法，都有各自适合的领域和其本身的优缺点。
但对去除地下水中的硝酸盐来说，由于化学催化反硝化法可以将硝酸盐全部还原为氮气，化学催化剂的活性比较高，不对处理水产生二次污染等优势，被认为是最有发展前景的饮用水脱硝工艺。