金属铁还原去除饮用水中硝酸盐的研究进展

盐 的产物比例主要取决于反应条件，其还原机理随着反应条件的 过程［8］。反应一开始由于纳米 Fe0 量较多，表面积浓度较大，吸附
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［3］ 王永强． 住宅集中热水供应系统的循环与节水［J］． 山西建
筑，2011，37( 8) : 122-123．
1 铁还原硝酸盐的机理和动力模型研究
图 1 Fe0 还原硝酸盐的可能途径
1． 2 反应机理
关于 Fe0 还原硝酸盐的不同动力学模型的著作已出版了许 多，根据硝酸盐氮 的 浓 度 计 算 有 零 级 反 应、一 级 反 应 和 假 一 级 反 应等，其中假一级反应是被认定最多的纳米 Fe0 还原硝酸盐氮的 动力学模型［4］。Fan 等［3］研究发现硝酸盐初始浓度越高，反应速 率常数越大，同时 也 随 着 铁 投 加 量 的 增 大 而 增 大，符 合 准 一 级 反 应动力学模型。J． M． 等［7］发现 pH 值、铁投加量和硝酸盐初始浓 度是影响硝酸盐反应常数的最主要因素，低 pH 值、高铁投加量和 高硝酸盐初始浓度得到反应速率常数越大，虽然反应级数有些波
用水中的硝酸盐浓度，联合国 1992 年修订的饮用水准则和美国
NH3 N2
EPA 饮用水标准均规定 NO3－ -N 含量不得超过 10 mg / L，中国 2006 年 实施的新标准也规定饮用水中的 NO3－ -N 最高浓度为 10 mg / L。
NO2-N
Fe0
NO3-N 水溶液
NH4-N
目前对饮用水硝酸盐去除技术的研究较多，主要可分为三大 类： 物化法、生物脱氮法和化学还原法。传统的饮用水处理工艺 （ 絮凝沉淀→过滤→氯气消毒） 对硝酸盐几乎无去除效果，常用的 物化方法（ 如离子交换法、反渗透和电渗析） 费用较高且不能将硝 酸盐最终去除，而 生 物 法 虽 具 有 高 效 低 耗 的 特 点，但 是 其 硝 化 速 率慢、工艺复杂且 运 行 管 理 要 求 高，不 太 适 用 于 小 规 模 及 分 散 给 水处理。化学还原法从 20 世纪 90 年代开始受到研究者们的青 睐，包括金属还原 法 和 催 化 还 原 法，其 中 金 属 还 原 法 中 的 铁 还 原 法是近年来被研究最多的课题。
铁还原法是化学还原法中的一种，利用 Fe0 作为还原剂将水 动，但整个还原反应还是能拟合 Eley-Rideal 动力学模型。
中的硝酸盐氮还原为氮气，其操作简单、反应速度快而受到许多 1． 3 吸附与解吸作用
学者的关注［3］。但是随着研究的深入，研究者发现 Fe0 还原硝酸
纳米 Fe0 与硝酸盐的反应是氧化还原与吸附作用同时存在的
On reconstruction of heat-supply and capacity expansion of gangue thermo-power plant of Jiulong Mine
YANG Jun-hui （ China Coal Handan Design and Engineering Co． ，Ltd Industry Building Part，Handan 056031，China） Abstract： According to the analysis of the reconstruction scheme for the heat-supply and capacity expansion of reconstruction of heat-supply and capacity expansion of gangue thermo-power plant of Jiulong Mine of Jizhong Energy Resource，the paper points out some heat-supply reconstruction ideas，and undertakes the technical and economic analysis，so as to enhance the heat-supply capacity，seek for the economic growth point， promote the economic benefits，promote the survival capacity of enterprises，and enhance the energy-saving and emission reduction． Key words： flue gas loss of boiler，gas depth cooling device，absorption heat pump，slag cooler，stream-water heat exchanger
（ 1． 浙江工业大学建筑工程学院，浙江 杭州 310014； 2． 嘉源给排水有限公司，浙江 嘉兴 314000）
摘 要： 在综述铁还原水中硝酸盐氮研究进展的基础上，重点对反应机理、反应条件因素进行了详细阐述，探讨了铁还原法今后的
研究发展方向，对提高硝酸盐的去除效率具有重要意义。
关键词： 硝酸盐氮，还原反应，零价铁，饮用水
中图分类号： TU991． 2
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文献标识码： A
0 引言
地下水是全球许多地区主要的饮用水源，目前国内外地下水 硝酸盐污染普遍 存 在 且 日 益 严 重，其 含 量 呈 逐 年 上 升 趋 势，其 主 要污染原因有农 业 氮 肥 的 施 用、家 禽 粪 便 的 淋 滤 下 渗、污 水 灌 溉 及生活污水和工业废水的不合理排放等［1］。含高浓度硝酸盐的 饮用水给人们的 健 康 构 成 潜 在 威 胁，如 血 红 蛋 白 症 和 肝 癌、肺 癌 以及胃癌等多种癌症均与饮用水中高浓度的硝酸盐有着密切关 系［2］。因此，世界各国制定了相关标准和出台相关政策来限制饮
改变而改变，因此 Fe0 还原硝酸盐的机理到目前为止还未得到研 究者们的统一认定［4］。
1． 1 反应路径
Fe0 还原硝酸盐的产物可能是 NO2－ ，NH4+ ，NH3 和 N2 ，而前两 种副产物在饮用水中是不希望出现的，这也正是此方法难以在去 除饮用水硝酸盐领域中得到广泛应用的最大限制条件。根据相 关文献表述，中性环境下纳米 Fe0 还原去除硝酸盐的反应有如图 1 所示的可能途径［5，6］。
第 39 卷 第 1 期 2013 年1 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 39 No． 1 Jan． 2013
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文章编号： 1009-6825（ 2013） 01-0095-03
金 属 铁 还 原 去 除 饮 用 水 中 硝 酸 盐 的 研 究 进 展★
郭 敏1 沈卫民2 孙海平2 刘宏远1*