[發(fā)明專利]一種利用煅燒黃鐵礦處理地下水中硝態(tài)氮的方法

有效

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• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104129851A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳天虎;李平;史亞丹;楊哲
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/34
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)，礦物材料加工和應(yīng)用技術(shù)，具體涉及一種含硝態(tài)氮水處理技術(shù)。

二、技術(shù)背景

近年來，隨著世界工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，作為飲用水主要來源的地下水中的硝酸鹽濃度在不斷的增加，并且有日益惡化的趨勢。飲用水中高濃度的硝酸鹽歸因于人們直接或間接過量使用了含氮的物質(zhì)。雖然硝酸鹽本身對人體沒有危害，但硝酸鹽攝入人體后在還原性細菌的作用下部分被還原成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽容易與血液中的血紅蛋白反應(yīng)形成高鐵血紅蛋白，從而影響血液對氧的傳輸能力。嬰兒對硝酸鹽的潛在毒性比少年兒童和成年人更為敏感，尤其是6個月以下的嬰兒。此外還發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽在胃中能和氨氮結(jié)合形成亞硝胺和亞硝酰氨，它們都是高度致癌物質(zhì)，也是能造成畸胎和引發(fā)誘變的物質(zhì)。鑒于硝酸鹽的危害，全世界的環(huán)境機構(gòu)都為飲用水中硝酸鹽氮的含量限定了最高允許濃度。美國環(huán)保局規(guī)定飲用水中硝酸鹽氮的最高濃度不許超過10mg/L；歐盟規(guī)定飲用水中硝酸鹽氮的最高濃度不得超過11.3mg/L。隨著水資源日益緊張，再加上我國的不少地區(qū)硝酸鹽的污染問題已相當嚴重，消除水中硝酸鹽的污染是一項頗具挑戰(zhàn)性而又急迫的任務(wù)。

硝酸鹽在水中的高溶解度和特別穩(wěn)定的性質(zhì)使得它很難用普通的水處理方法加以去除。近年來發(fā)展了多種高級水處理脫氮技術(shù)，如物理化學(xué)方法、生物脫氮法、化學(xué)還原脫氮、電化學(xué)還原脫氮、加氫催化還原脫氮。

物理化學(xué)包括反滲透、電滲析、離子交換法。反滲透膜對硝酸根無選擇性，反滲透在除去硝酸鹽的同時也將除去其它的無機鹽，因此反滲透法將降低出水的礦化度。為延長反滲透膜的使用壽命，反滲透法須對進水進行預(yù)處理以減少礦物質(zhì)、有機物、水中其它懸浮物在膜上的沉積結(jié)垢以及污染物、pH值波動對膜的傷害。電滲析使用半透膜可選擇性地脫除離子。與傳統(tǒng)的電滲析相比，可逆電極的電滲析工藝減少了膜上的結(jié)垢及化學(xué)藥劑的用量，可用于從苦水和海水中生產(chǎn)飲用水。電滲析和反滲透的脫硝效率差不多，適于小型供水設(shè)施，其缺點是費用高(尤其是電滲透法)，產(chǎn)生濃縮廢鹽水，存在著廢水排放問題。離子交換是讓要處理的水通過強堿性樹脂床，水中的硝酸根與氯離子或重碳酸根交換，直到樹脂的交換容量耗盡。離子交換工藝的發(fā)展比較成熟，但由于擔心樹脂中有機物的滲出對水的污染，影響了該工藝在飲用水處理中的應(yīng)用。離子交換工藝對原水中的硫酸根離子、氯離子以及水中的有機物比較敏感，同時使出水中氯離子濃度升高、pH值降低，對管道有腐蝕作用，因而要對出水進行后續(xù)處理。離子交換工藝的最大缺點是產(chǎn)生濃縮廢鹽水。物化法處理效率低、能耗高、易堵塞，從生態(tài)和經(jīng)濟角度上看，物化脫氮技術(shù)不占優(yōu)勢。

生物反硝化法是在缺氧的情況下，兼性厭氧菌首選硝酸根進行其呼吸作用，將NO₃-還原為N₂。生物反硝化法缺點是有機物殘存易造成水質(zhì)腐敗以及亞硝酸鹽積累，不適合于飲用水的處理。

化學(xué)反硝化法是利用活性還原物質(zhì)與硝酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)反硝化脫氮。常用的還原物質(zhì)包括：Fe(OH)₂、鋁粉、金屬鐵粉采用活潑金屬如鋁、鐵等，有機物如甲酸、甲醇等還原。還原硝酸鹽主要針對特殊種類的廢水，一般不作為飲用水處理技術(shù)，運行費用高。

催化脫除硝酸鹽和亞硝酸鹽的方法是以貴金屬為催化活性組分負載到無機催化劑載體上，以氫為還原活性物質(zhì)，催化還原硝酸鹽。無機載體主要包括γ-Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、CeO₂、ZrO₂、SnO₂、浮石、玻璃纖維、大孔陶瓷膜、水滑石、活性炭，使用的貴金屬主要是鈀、鉑催化劑。該工藝的缺點是催化劑使用貴金屬，價格昂貴。

雖然國內(nèi)外對飲用水脫硝的研究開展得比較早，積累了許多研究成果，一些技術(shù)早在80年代就已進入實際應(yīng)用。但是飲用水脫硝仍然是一項頗具挑戰(zhàn)性的工作。從工業(yè)生產(chǎn)的角度看，投資和運行費用都還比較高，因此需要進一步開發(fā)低成本的工藝技術(shù)。

黃鐵礦是自然界產(chǎn)出最豐富的硫化物，暴露空氣中易氧化形成硫酸鹽和鐵氫氧化物，在一些微生物參與的氧化還原過程中可以作為電子供體。國外有一些文獻報道，脫氮硫桿菌以黃鐵礦作為電子供體使硝酸鹽還原為氮氣實現(xiàn)脫氮-。