【摘 要】
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污染水体中含氮化合物的降解一直是困扰工业发展和解决水污染问题的困难所在。当前常用的水体脱氮方法主要包括生物法、物理法、化学法三类。生物方法对有机氮的还原能力较强,但对其中间产物硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等的分解较困难,而化学还原法在此方面具有优势。传统的化学脱氮方法常使用非金属物质(如氢气)或活泼金属(如铁、铝)作为还原剂。氢气是危险介质,不适用于污水脱氮的实际应用;活泼金属虽然操作简单,但存在还原剂利
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污染水体中含氮化合物的降解一直是困扰工业发展和解决水污染问题的困难所在。当前常用的水体脱氮方法主要包括生物法、物理法、化学法三类。生物方法对有机氮的还原能力较强,但对其中间产物硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等的分解较困难,而化学还原法在此方面具有优势。传统的化学脱氮方法常使用非金属物质(如氢气)或活泼金属(如铁、铝)作为还原剂。氢气是危险介质,不适用于污水脱氮的实际应用;活泼金属虽然操作简单,但存在还原剂利用率低、氨氮产率高等缺陷。有鉴于此,本文拟探索可用于污水脱氮的新型非金属还原剂,进而开展其与金属还原剂共同脱氮的研究,并投入实际应用。本文对六种典型非金属还原剂(硫磺、硫化亚铁、碘、碘化钾、硫化钠、亚硫酸钠)脱氮能力进行实验,其中亚硫酸钠的综合性能最佳。在150 mg/L的高浓度配水和10 mg/L的低浓度配水中,亚硫酸钠均具有较好脱氮能力。其最佳反应p H值为1,随着p H上升还原能力逐渐减弱。初始p H值为1的条件下,亚硫酸钠与硝态氮的反应摩尔比为2.5/1。在常温常压下对有机酸的脱氮能力进行研究,结果显示有机酸没有体现出硝态氮还原能力。以颗粒粒径与溶液p H值作为影响因素,对活泼金属铁和锌的脱氮能力进行研究。结果显示,200-20目粒径范围对两种金属的脱氮能力没有影响,在实际应用中无需考虑铁粉粒径问题。金属脱氮最佳p H值为1,且随着p H值的上升脱氮能力逐渐消失。亚硝态氮具有毒性,且是硝态氮还原过程中必然产生的中间产物。p H值为1-4时,金属颗粒和亚硫酸钠对亚硝态氮均具有很好的还原能力。随着p H值上升,亚硝态氮还原能力逐渐减弱。对比多种非金属还原剂,亚硫酸钠综合还原能力依然最佳。初始p H值为1条件下,亚硫酸钠与亚硝态氮最佳投加摩尔比为1.5/1。对活泼金属与亚硫酸钠共降解硝态氮的性能进行研究,并对两种还原剂协同脱氮反应机理进行分析。初始p H值为1的条件下,硝态氮最终降解率约63%。在亚硫酸钠的参与下,产物中气体占比由8%上升至47%。同时发现,先加铁后加亚硫酸钠,硝态氮降解率大幅下降。实际污水中硝态氮降解率约64%,无机杂质对反应几乎没有影响。反应20 min时开始积累氨氮,实际应用时需控制反应时间。补充重金属离子的配水实验,重金属离子对还原反应不造成影响。
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