一种化学反硝化去除水中硝酸盐氮的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境化学技术领域，具体涉及一种化学反硝化去除水中硝酸盐氮的方 法。
【背景技术】
[0002] 过量硝酸盐摄入机体会导致多种疾病的发生如引起高铁血蛋白症及诱发癌症等。 为保护人体健康，世界卫生组织规定饮用水中的硝酸盐氮<l〇mg/L，而我国的标准仍为 20mg/L。对硝酸盐含量高的废水及地下水进行有效处理是保障饮用水水质安全的重要途 径，为此《我国城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002、《生活垃圾填埋场污染控制 标准》GB16889-2008等标准中对总氮的排放限值进行了规定。水中硝酸盐的去除方法有多 种，其中生物反硝化、离子交换及反渗透工艺已经投入实际应用。虽然离子交换及反渗透工 艺等物化方法可以将硝酸盐从废水或地下水中分离出来，但分离出的硝酸盐还面临着解决 最终出路的问题。采取人工方式促进氮素以氮气形式释放入大气以恢复自然界氮素循环的 平衡是解决硝酸盐污染的根本出路。
[0003] 生物反硝化和化学反硝化是将水中硝酸盐氮还原为氮气的两种主要方法。虽然生 物反硝化法已在易生物降解的废水中得到实际应用，但仍存在工艺复杂、运行管理要求高、 反硝化速度慢、所需反应器体积庞大等缺点，尤其是对含生物毒性高的废水处理效果较差。 与生物反硝化相比，化学反硝化法具有脱硝速度快，工艺简单，对运行管理的要求低，适 用于的废水水质范围广等优点。化学反硝化法是通过使用还原剂(能)或还原方式，将硝酸 盐还原为低价态的含氮化合物，从而达到去除废水中硝酸盐氮的目的。在化学反硝化过程 中，还原剂的选择对硝酸盐氮的去除率和还原产物的选择影响极大，为此，人们研发了采用 氢气、活泼金属以及甲酸、甲醇等数种还原剂。其中，以铁、铝、锌等金属单质为还原剂的活 泼金属还原法由于还原剂价格低廉、反应速度快等原因而受到一些研究者的关注。但单独 的金属单质反硝化的主要产物为氨氮，并且需要比较严格地控制PH值。尽管人们构建了 双金属体系在一定程度上解决了pH值控制难的问题，使反硝化在较宽的pH值范围内可以 有较高的活性，但是仅仅靠双金属体系的单一还原过程也很难使反应的产物以无害的氮气 为主。如何有效地控制硝酸盐氮的还原过程，既发挥双金属体系的优势，又能使反应产物以 氮气为主是目前活泼金属反硝化法急需解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种化学反硝化去除水中硝酸盐氮 的方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种化学反硝化去除水中硝酸盐氮的方 法，它包括以下步骤： SI.亚硝化还原:废水中加入锌银双金属碎片和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，调节 废水的PH值，在隔绝空气的条件下搅拌发生亚硝化还原反应，过滤，收集滤液； S2.脱硝：调节滤液的pH值，加入尿素，在隔绝空气的条件下搅拌脱硝，即为去除硝酸 盐氮的水。
[0006] 进一步地，步骤Sl中所述锌银双金属碎片是用银离子在锌片上通过置换反应沉积 而成，所述锌银双金属碎片中银的含量为0.005~0.01%，碎片的长为2~4mm，宽为0.5~ 2mm，厚度为0.1 mm。
[0007] 进一步地，步骤Sl中所述锌银双金属碎片的投加量与废水中硝酸盐氮的质量比为 600：1-1000：1〇
[0008] 进一步地，步骤Sl中所述EDTA-2Na的加入量与废水中硝酸盐氮的质量比为10:1~ 40:1〇
[0009] 进一步地，步骤Sl中采用甲酸调节废水的pH值至2~5。
[0010] 进一步地，所述亚硝化还原的反应温度为15~40°C，反应时间为1~4h，搅拌速度 为100~200r/min。
[0011]进一步地，步骤S2中所述尿素的加入量与废水中硝酸盐氮的质量比为1:1~10:1。 [0012] 进一步地，脱硝反应的温度为50~80°C，时间为10~60min，搅拌速度为100~ 200r/min〇
[0013] 进一步地，步骤S2中采用盐酸调节滤液的pH值至1~3。
[0014]本发明的原理是:锌和银是两种电极电位不同的金属，它们在含硝酸盐氮的溶液 中接触时可以形成电偶原电池，在中性和弱酸性条件下，电极电位较高的锌释放出电子，从 而加速溶液中硝酸盐氮的还原，同时作为阴极的银为硝酸盐氮的还原提供反应界面，硝酸 盐氮在其表面可以直接得到电子被还原。还原过程中，投加 H)TA-2Na的作用:一是可以使产 生的二价锌离子与它发生络合反应从而加速阳极锌的腐蚀，加速电子的产生;二是阳极腐 蚀产生的锌离子与EDTA形成络合物后，改变了Ζη/Ζη(Π )的电极电位，从而使整个电偶原电 池的电位控制在适宜范围，使硝酸盐氮的还原控制在亚硝态氮阶段。通过选择银作为催化 还原阴极以及控制反应条件（时间、温度、PH等）也可以使硝酸盐氮的还原过程控制在亚硝 态氮阶段。往亚硝化反应后的溶液中加入尿素时，在一定的反应条件(时间、温度、PH等)下， 尿素可与亚硝态氮反应，将其还原为氮气，达到彻底去除硝酸盐氮污染的目的。还原过程中 主要的反应式如下： 电偶原电池的阳极反应:Zn-Zn2++2e-，Zn2++ EDTA-2Na-EDTA-Zn(I1) +2Na+ 电偶原电池的阴极反应:N〇3-+2e--N〇2 一 尿素的还原反应:CO(NH2)2+2N〇2-+2H+=C02T+2N2T+3H 20 本发明具有以下优点： (1) 本发明采用电偶原电池和尿素作还原剂，通过两级还原反应，使废水中硝酸盐氮先 还原为亚硝态氮，再被还原成氮气，相对于单独的活泼金属和单独的电偶原电池反硝化法， 本发明采用的电偶原电池和尿素耦合反硝化法提高了还原最终产物为氮气的选择性； (2) 本发明采用锌银双金属作为电偶原电池，通过锌银的电极电位差，以及EDTA-2Na的 投加、反应pH和时间等条件的控制，使硝酸盐氮先还原为亚硝态氮，避免了氨氮的产生，为 尿素将其深度还原为氮气提供了保障； (3) 本发明采用的原料价格低廉、与环境相容性好、反硝化的最终产物以无公害的氮气 为主，因此，本发明具有绿色、环保的优点； (4)本发明工艺简单、操作方便、反应条件温和、成本低，适用于工业化大规模生产。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所 述。
[0016] 实施例1: 一种化学反硝化去除水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤： 51. 亚硝化还原：废水中加入锌银双金属碎片和EDTA-2Na，甲酸调节废水的pH值至2， 隔绝空气的条件下搅拌发生亚硝化还原反应lh，反应温度为15°C，搅拌速度为100r/min，过 滤，收集滤液;所述锌银双金属碎片的投加量与废水中硝酸盐氮的质量比为600:1 ;EDTA-2Na的加入量与废水中硝酸盐氮的质量比为10:1;锌银双金属碎片是用银离子在锌片上通 过置换反应沉积而成，所述锌银双金属碎片中银的含量为0.005%，碎片的长为2mm，宽为 0.5mm，厚度为0.1 mm; 52. 脱硝:盐酸调节滤液的pH值至1，加入尿素，尿素的加入量与废水中硝酸盐氮的质 量比为1:1，在隔绝空气的条件下搅拌lOmin，反应的温度为50°C，搅拌速度为100r/min，即 为去除硝酸盐氮的水。
[0017] 实施例2: -种化学反硝化去除水中硝酸盐氮的方法，它包括以下步骤： 51. 亚硝化还原：废水中加入锌银双金属碎片和EDTA-2