CN107640814A

CN107640814A - 原位还原降解水中硝酸盐的方法

Info

Publication number: CN107640814A
Application number: CN201711024209.1A
Authority: CN
Inventors: 何丹农; 邓洁; 童琴; 代卫国; 赵昆峰; 金彩虹
Original assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Current assignee: Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-01-30

Abstract

本发明涉及一种原位还原降解水中硝酸盐的方法，在一定pH和磁力搅拌下，按照一定摩尔比例向200mL含硝酸盐废水中加入还原剂A，待混合均匀后，调节体系的温度，向混合溶液中加入一定量的金属碱溶液，持续搅拌10~120 min，使其被原位还原为对应金属单质还原剂，迅速还原硝酸根生成氨。本发明所采用的脱硝方式反应迅速，适用于处理各种浓度硝酸盐废水，硝酸根去除率高，且可深度去除水中硝酸根，具有良好的应用前景。

Description

原位还原降解水中硝酸盐的方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种原位还原降解水中硝酸盐的方法，可解决高浓硝酸根废水难处理，低浓硝酸根废水深度处理难等问题。

背景技术

水体中硝酸盐的去除是水处理的一个重大问题。饮用水中痕量的硝酸盐就能诱发婴儿患高铁血红蛋白血症，同时增大人体患癌风险。因此，世界卫生组织规定饮用水中硝酸盐含量不大于10 mg NO₃ ^--N/L。饮用水体净化过程中，硝酸根浓度通常较低，而然对于某些工业废水如核废物处理废水，硝酸根的浓度可超过1 mol/L，同时废水pH值会极高或者极低。处理含低浓度硝酸根的水体时，常采用离子交换法、反渗透法和生物反硝化作用。处理高浓度硝酸根水体时必须采用化学或电化学还原法。

生物脱硝法反应周期长，微生物对重金属离子和辐射的耐受力差。电化学法脱硝的能源消耗大，电极耐腐蚀要求高，化学还原法去除水中硝酸盐与其他方法相比，具有反应迅速、工艺简单、且不受废水内其他污染物影响等的优点。硝酸根离子中N(V)可被许多不同的还原剂还原，如：Al，Zn，HCOOH，Fe(0)，Fe(II)，NH₃，和H₂。其中大部分还原反应需要存在催化剂，或者较高温度和压力。选择适宜的还原剂是化学反硝化法去除水中硝酸盐应用效果的关键。目前采用铝、锌或铁等金属单质去除污染物在碱性条件下可溶解材料表面易生成金属氧化物或氢氧化物使反应继续进行：

NO₃ ^- + 4Zn + 7OH^- → NH₃ + 4ZnO₂ ^2- + 2H₂O

3NO₃ ^- + 8Al + 5OH^- + 2H₂O → 3NH₃ + 8AlO₂ ^-

然而这种方法处理硝酸盐废水需投加大量金属单质，且反应时间随金属形貌不同变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，本发明目的在于：提供一种原位还原降解水中硝酸盐的方法。以降低还原硝酸根所需金属的用量，提高硝酸根去除率和去除深度，缩短反应时间。

本发明目的通过下述方案实现：一种原位还原降解水中硝酸盐的方法，包括以下步骤：在pH碱性和磁力搅拌下，按照一定摩尔比例向200mL含硝酸盐废水中加入还原剂A，所述的还原剂A是硼氢化钠或硼氢化钾中的一种，使所述加入的硼氢化钠或硼氢化钾量与废水中硝酸根离子量摩尔比为1~5，待混合均匀后，调节体系的温度；向混合溶液中加入一定量的金属碱溶液，所述金属碱溶液中金属离子的量与废水中硝酸根离子摩尔比为0.1~2，持续搅拌10~120 min，使其被原位还原为对应金属单质还原剂，迅速还原硝酸根生成氨。

所述的溶液pH值控制在10~14。

所述的金属碱溶液是Zn(II)、Al(III)、Cu(II)或Fe(III)中的一种。

在上述方案基础上，所述的Zn(II)、Al(III)、Cu(II)或Fe(III)金属碱溶液配制方法为：称量适量相应金属盐或者氢氧化物溶于1~3 mol/L氢氧化钠溶液。

所述加入的金属碱溶液中金属离子的量与废水中硝酸根离子摩尔比优选0.2~1。

所述加入的硼氢化钠或硼氢化钾量与废水中硝酸根离子量摩尔比优选为2~3。

反应温度为20~80℃。

本发明具有如下优点：硼氢化钠或硼氢化钾是一种常用强还原剂，且在碱性条件下能稳定存在。本发明以硼氢化钠或硼氢化钾再碱性条件下不断原位还原金属离子得到相应金属单质，快速还原硝酸根生成氨，减少了还原剂金属的用量。本发明的脱硝过程反应迅速，在反应过程中不会形成NOx气体，且反应过程无明显放热温度骤升现象，故脱硝体系不会产生暴沸现象，反应过程中生成氢气，可加速硝酸盐的还原和反应生成的氨的溢出。本发明可用于处理高浓废水，生成氨和氢气可回收利用，溶液中的氨也可通过鸟粪石沉淀法回收再利用。本发明在碱性条件下进行反应，能除去废水中所有的硝酸盐，同时也能还原去除亚硝酸盐。因此，本发明一种还原降解水中硝酸盐的方法具有良好的应用前景。

具体实施方式

通过实施例，对本发明做进一步的说明。

实施例1：

在pH值为14和磁力搅拌条件下，向200 mL含NO₃ ^--N 1500 mg/L硝酸盐废水中加入还原剂硼氢化钠1.9 g，待混合均匀后，调节体系的温度到50℃，向混合溶液中加入1.6 g带六个结晶水氯化铝溶于25 mL 2mol/L氢氧化钠溶液，持续搅拌30 min，待反应完成后，冷却至室温，过滤除去溶液中沉淀物质，测量此时溶液中氮含量为962 mg/L；再通过鸟粪石沉淀法将反应后溶液中的氨氮沉淀除去，测量溶液氮含量为5.54 mg/L。

实施例2：

在pH值为14和磁力搅拌条件下，向200 mL含NO₃ ^--N 1500 mg/L硝酸盐废水中加入还原剂硼氢化钠1.9 g，待混合均匀后，调节体系的温度到50℃，向混合溶液中加入1.2 g带两个结晶水氯化铜溶于25 mL 1mol/L氢氧化钠溶液，持续搅拌60 min，待反应完成后，冷却至室温，过滤除去溶液中沉淀物质，测量此时溶液中氮含量为405 mg/L；再通过鸟粪石沉淀法将反应后溶液中的氨氮沉淀除去，测量溶液氮含量为0.4 mg/L。

实施例3：

在pH值为14和磁力搅拌条件下，向200 mL含NO₃ ^--N 5000 mg/L硝酸盐废水中加入还原剂硼氢化钠6 g，待混合均匀后，调节体系的温度到50℃，向混合溶液中加入3.5 g带两个结晶水氯化铜溶于50 mL 1 mol/L氢氧化钠溶液，持续搅拌60 min，待反应完成后，冷却至室温，过滤除去溶液中沉淀物质，测量此时溶液中氮含量为1257 mg/L；再通过鸟粪石沉淀法将反应后溶液中的氨氮沉淀除去，测量溶液氮含量为0.7 mg/L。

实施例4：

在pH值为14和磁力搅拌条件下，向200 mL含NO₃ ^--N 1500 mg/L硝酸盐废水中加入还原剂硼氢化钠1.9 g，待混合均匀后，调节体系的温度到30℃，向混合溶液中加入1.2 g带两个结晶水氯化铜溶于25 mL 1mol/L氢氧化钠溶液，持续搅拌60 min，待反应完成后，冷却至室温，过滤除去溶液中沉淀物质，测量此时溶液中氮含量为985 mg/L；再通过鸟粪石沉淀法将反应后溶液中的氨氮沉淀除去，测量溶液氮含量为1.3 mg/L。

Claims

1.一种原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于包括以下步骤：在pH碱性和磁力搅拌下，按照一定摩尔比例向200mL含硝酸盐废水中加入还原剂A，所述的还原剂A是硼氢化钠或硼氢化钾中的一种，使所述加入的硼氢化钠或硼氢化钾量与废水中硝酸根离子量摩尔比为1~5，待混合均匀后，调节体系的温度；向混合溶液中加入一定量的金属碱溶液，所述金属碱溶液中金属离子的量与废水中硝酸根离子摩尔比为0.1~2，持续搅拌10~120 min，使其被原位还原为对应金属单质还原剂，迅速还原硝酸根生成氨。

2.根据权利要求1所述原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于，所述的溶液pH值控制在10~14。

3.根据权利要求1所述原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于，金属碱溶液是Zn(II)、Al(III)、Cu(II)或Fe(III)中的一种。

4.根据权利要求1或3所述原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于，所述加入的金属碱溶液中金属离子的量与废水中硝酸根离子摩尔比优选0.2~1。

5.根据权利要求4所述原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于，所述的Zn(II)、Al(III)、Cu(II)或Fe(III)金属碱溶液配制方法为：称量适量相应金属盐或者氢氧化物溶于1~3 mol/L氢氧化钠溶液。

6.根据权利要求1所述原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于，所述的硼氢化钠或硼氢化钾量与废水中硝酸根离子量摩尔比为2~3。

7.根据权利要求1所述原位还原降解水中硝酸盐的方法，其特征在于，反应温度为20~80℃。