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催化还原去除地下水中硝酸盐的研究

张燕  
【摘要】: 地下水中硝酸盐的污染及其对人类健康的影响已逐渐引起人们的普遍关注,世界卫生组织WHO和美国环保局USEPA都在饮用水水质标准中规定饮用水中NO_3~—N浓度不得超过10mg/L。有效地控制污染源,采取一系列防治措施是必需的,然而对于大多数地区来说,对已污染的地下水进行处理应是当务之急。本文对去除地下水中硝酸盐的主要技术(生物反硝化,离子交换、反渗透、电渗析等物化方法以及化学方法)进行了比较,物化方法去除饮用水中的硝酸盐普遍所需费用过高,且去除不具有选择性,去除NO_3~-的同时也去除了其他对人体有益的元素,去除效率不高;另外,蒸馏、电渗析、离子交换及反渗透等方法实际上并没有对其进行彻底地去除,只是发生了硝酸盐污染物的转移或浓缩,造成二次污染。而生物处理方法虽然具有高效低耗特点,但去除饮用水中硝酸盐的同时,会导致出水中含有细菌和残留有机物,必须进行后续处理工艺才能保证饮用水水质的安全。针对这一问题,本文认为催化还原去除地下水中硝酸盐技术是一有发展前景的饮用水处理技术,着重进行了催化还原去除硝酸盐的试验研究。 在间歇式完全混合反应器中对催化还原亚硝酸盐研究表明,在一定的催化剂和H_2存在的前提下,亚硝酸盐被还原生成N_2,且反应速度较快,但同时也产生了副产物NH_4~+。催化剂的种类和载体的种类、特性、附载量不同,催化还原NO_~-的活性和对N_2的选择性也发生变化,附载量为1%的Pd催化剂负载于γ-Al_2O_3载体上的效果最好,能有效地去除地下水中亚硝酸盐。而对于硝酸盐来说,单金属Pd的催化活性较差,不能有效地去除硝酸盐,当反应进行240min后,仍然有46.5%的硝酸盐没有被还原,在Pd催化剂上再增加一助催化剂对有效催化反硝化去除地下水中硝酸盐是必需的,而金属Cu是一较佳的选择对象。 在负载型Pd-Cu/γ-Al_2O_3悬浮态催化剂作用下,考察了催化剂Pd与Cu的比率、硝酸盐初始浓度、pH值、H_2流量和压力等条件对催化还原硝酸盐这一反应体系的影响。结果表明Pd、Cu质量比为4:1的负载型催化剂Pd-Cu/γ-Al_2O_3能有效地去除硝酸盐,氮的去除率达80%以上。然而随着硝酸盐的被还原,发现了反应过程中形成了中间产物亚硝酸盐和副产物氨氮,但在以单金属Pd催化剂作用下,硝酸盐还原过程中没有检测到中间产物亚硝酸盐,这表明单金属Pd对催 浙江人学博卜。NV论文 化还原业川句酸盐具有很好的活性,其业可;肖酸故进一步还原成染厂以山,川)。’,’物b伯U 的地率大厂硝酸款还原成亚硝酸钛的速率,这山进 li小实了川调政还匕1成9厂; 的反应是分步进行的。同时一试验叶。发现催化剂的活州f1对新人的选择。卜,别比化利 *、pH他、1-1。的流k八八。力、初始川卜使从浓度℃剃’卜山地I帅,u”}川川山B’比利 :八丫I刊厂化人们1化方W由一人们本1对卜。的选忏川王 卅,灿!卜D’山流h:热门。J/1刊门n 州力勺化和,但个利厂对N。的选并叮。【巾11,村催化反川八匕上除们扑被从厂厂,汲i] 了反应机厂Z的探讨,并注立了反应。山/上学极刑,介试验的你抓k仆】内,I*【’化5上 原硝酸输的反应为一级反应。 通过水中共存离于对硝酸盐还原特性的影M仅研究,结果表明:C!一、以*一 对人嘲k山去除 效率没h尸’生影,巨@;IIJ HCO3他在八@时仅会为发爷 酸人的上且 效率降低,最终形成的副产物*比”浓度也增加,其他化活忖和选仔们均I丁#; 而水面上的王 离子见硝酸盐的去除 效率贝以厂歹顺序增力二K十<N*个<C*ZI<M*互给平 aV。物氨氮的浓度则以卜还同样的顺序降低:水样小存在天排或M太川叩叶// 致价化反峭化上除硝酸盐这一反应体系对氮\的选井忖的人所降低,W刊门f3’化 活忖,F**今日存在向利于提高催化方性,则水样中有**王川1会V致二 化7,叮忖忏* 卜干。以l’I来水或真实地下水代替蒸馏水进I实验时,所产川勺乡,‘J上人叫,以I’IA二 水或地厂水为介质时,不利]“硝酸盐的去除,其催化活分和选仔们均J]一人们准 的降低。山于自来水rl, TOC浓度很低,有机物的影.响I。1以忽略个H,M水村小 均存在一定浓度的**0/,所以可以推断自来水中或真实地卜水中反应选作忖和 速率的降低同样是由于水*上存在HCO3所导致的。 本文对P小*u/y-*1。0。催化剂特征进行了分析研究。**D测试表明,价仅1: 所见jJ川〕)[乎全是A12O3,未检测到品相体系的Ctl个属,检测到微小的卜。11?.’川l 峰,但其品粒*寸千 小,只有3.2*m,这说明Pd气*u金属催 化升 上载十Y一八1/)弓 1}J分小庄医 度多故的口X卜S分析表对矛*一Cu/Y一AI*0〕介反} 油门存 方忖川分 的结合能和组成几乎没有变化,都以N、Cll”形式存在,这*实了还如过利;比 作用的是金属催化剂。反应过程中的水样中也未检测到Pd、Cu元素,这说明如 实验体系中的负载型催化剂具有较好的稳定性。 以陶瓷膜作为载体制备的催化膜能有效地提供二相接触的场所,其对以入选 择件比粉人性催化剂要u显提高,门催化剂对硝酸粘的上除),(们降低n【,。I。


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