鐵炭修復地下水中硝酸鹽污染的理論與應用研究.pdf

1、地下水中硝酸鹽的污染日益嚴重，對人類健康產(chǎn)生了嚴重的危害。眾所周知，水中的硝酸鹽有使人發(fā)生致癌的危險，飲用了含高濃度硝酸鹽氮的地下水后，容易因缺氧而患高鐵血紅蛋白癥，嚴重的可致死亡。因此本文采用廢鐵屑和活性炭聯(lián)合作用對地下水中硝酸鹽污染進行修復。本課題也是南開大學與天津大學科技合作項目《沿海城市水環(huán)境生態(tài)修復基礎(chǔ)研究》的子課題之一，主要研究內(nèi)容包括： 1.在靜態(tài)實驗中分別研究了初始pH值、硝酸鹽氮初始濃度、鐵炭投加量、溶解氧(D

2、O)等各種不同條件對反應的影響。實驗結(jié)果表明： (1)在酸性范圍內(nèi)，pH越低，反應越快；隨著反應的不斷進行，溶液中的H+逐漸被消耗掉，溶液的pH不斷升高。 (2)硝酸鹽的去除速率隨著硝酸鹽初始濃度的增加而增大，隨著反應的進行逐漸降低； (3)投加的鐵屑與硝酸鹽氮的最佳質(zhì)量配比為400：1； (4)在硝酸鹽去除反應的過程中，水樣中的溶氧逐漸降低，水中的溶氧對反應的影響十分微弱，幾乎可以忽略不計。 2

3、.動態(tài)實驗中，研究了鐵炭填充柱的單因素影響以及柱子長時間的運行效果，得出如下結(jié)論： (1)溶液的pH值是影響反應的重要因素，硝酸鹽在酸性條件下的去除效果遠遠大于中性條件下的去除效果。 (2)停留時間和硝酸鹽的初始濃度對硝酸鹽的去除有十分重要的影響：硝酸鹽的去除率隨停留時間的增加迅速提高，隨著初始濃度的增大而減小。 (3)在相同的進水流速條件下，隨著填充柱長度的增加，硝酸鹽的去除率明顯提高；填充柱越長，硝酸鹽的去除

4、率提高越快。 (4)柱子在酸性條件下長時間運行過程中，隨著鐵屑迅速被腐蝕，在鐵屑表面產(chǎn)生氧化膜并逐漸增厚，阻礙了鐵與硝酸鹽的接觸，同時也減少了柱子的孔隙率，導致了柱子的處理效果和滲透性同時下降。 3.鐵炭處理硝酸鹽的反應為動力學一級反應。 4.機理研究表明：(1)Fe0是鐵屑還原硝酸鹽反應唯一的電子供體，其腐蝕產(chǎn)物為Fe3O4；氨氮是鐵屑還原硝酸鹽氮的主要產(chǎn)物，N的平衡率為98％～101％；鐵屑在接近中性條件下去

5、除硝酸鹽的反應方程式為： NO3-+2.8Fe0+0.8Fe2++2.2H2O=NH4++1.2Fe3O4+0.4OH-。(2)活性炭在硝酸鹽去除過程中除了具有吸附作用以外，還與鐵屑發(fā)生微電解作用，大大提高了鐵屑還原硝酸鹽氮的效果。 5.實際地下水長期實驗過程中，采用規(guī)格為①60mm×500mm的玻璃填充柱，在水樣pH=6.73，初始硝酸鹽濃度53.35mg·N/L，停留時間為10h的條件下，柱子在2個月的時間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定