ZVI還原脫除地下水中NO3￣和NO2￣的研究.pdf

1、化肥的大量施用、動(dòng)物糞便不合理的處置、以及生活污水和含氮工業(yè)廢水的隨意排放，導(dǎo)致地下水中硝酸鹽污染，己成為世界范圍內(nèi)一個(gè)相當(dāng)普遍的環(huán)境問(wèn)題。硝酸鹽對(duì)人類健康最主要的危害就是導(dǎo)致嬰幼兒的高鐵血紅蛋白癥(俗稱藍(lán)嬰兒綜合癥)。飲用了硝酸鹽污染的地下水還可能導(dǎo)致先天缺陷、自然流產(chǎn)、高血壓、甲狀腺腫大和多種癌癥。所以必須采取有效措施來(lái)控制、防治地下水中硝酸鹽的污染。零價(jià)鐵(Fe0、ZVI)具有廉價(jià)、高還原勢(shì)和反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，近幾年已成為地下水原

2、位修復(fù)中最有效的反應(yīng)介質(zhì)材料之一。
　　 本文考察了酸性條件下，反應(yīng)過(guò)程中不控制體系pH值時(shí)，零價(jià)鐵還原脫氮的效果及其主要影響因素；繪制了Fe-N-H2O系的pε-pH圖，并結(jié)合產(chǎn)物分析等方法，分析了零價(jià)鐵還原脫氮的機(jī)理，建立了零價(jià)鐵還原脫氮的動(dòng)力學(xué)模型；在體系中加入Fe2+或采用納米級(jí)Fe0等方法來(lái)提高零價(jià)鐵在中性條件下還原脫氮的效率；同時(shí)進(jìn)行了零價(jià)鐵同步、快速修復(fù)水中硝酸鹽和重金屬離子的初步研究；考察了鐵屑填充柱連續(xù)脫氮及零

3、價(jià)鐵還原修復(fù)實(shí)際地下水中硝酸鹽污染的情況，結(jié)果表明：
　　 1、酸性條件下，零價(jià)鐵可以有效地脫除水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，而且過(guò)程無(wú)需再調(diào)節(jié)體系pH值。
　　 2、還原NO3-所需的電子直接由Fe0提供，金屬表面直接的電子轉(zhuǎn)移是主要的還原反應(yīng)機(jī)理，零價(jià)鐵可以將NO3-還原為NO2-、N2和NH4+，但主要產(chǎn)物是NH4+；零價(jià)鐵還原脫氮反應(yīng)符合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；反應(yīng)速率隨Fe0的用量和反應(yīng)溫度升高而增大，隨初始pH升高而減小

4、，鐵粉還原脫除硝酸鹽反應(yīng)的表觀活化能為40.8kJ/mol。
　　 3、中性條件下，加入一定量的Fe2+可以提高零價(jià)鐵還原脫氮的效率，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程，NO3-和Fe2+的濃度呈下降的趨勢(shì)，但其變化大致可分三個(gè)階段；加入Fe2+后，促進(jìn)了鐵表面腐蝕，生成Fe3O4，同時(shí)解離出質(zhì)子H+，起到了緩沖體系pH的作用；Fe3O4是電的良導(dǎo)體，可以促進(jìn)鐵表面電子的轉(zhuǎn)移，加快鐵系(ZVI+Fe2+)還原脫氮的速率。
　　 4、采用納米級(jí)

5、Fe0可以實(shí)現(xiàn)中性條件下快速、高效地還原脫氮，而且整個(gè)反應(yīng)過(guò)程無(wú)需調(diào)節(jié)體系的pH，納米級(jí)Fe0還原NO3-的主要還原產(chǎn)物仍是NH4+；納米級(jí)Fe0微粒的BET比表面積達(dá)到12.4 m2/g，比普通鐵粉高25倍，采用納米級(jí)Fe0還原脫氮可以明顯縮短反應(yīng)時(shí)間，提高零價(jià)鐵的顆粒效率，減少零價(jià)鐵用量；納米級(jí)Fe0的顆粒效率是鐵粉的10倍多，鐵屑的100倍以上。
　　 5、中性條件下，零價(jià)鐵可以快速去除水中的Cu2+、Ni2+、Cr(Ⅵ)

6、等重金屬離子。零價(jià)鐵同步去除硝酸鹽和重金屬離子時(shí)，硝酸鹽對(duì)重金屬離子的去除無(wú)影響，而不同重金屬離子則對(duì)硝酸鹽的去除有不同的影響。同步去除Cu2+和NO3-時(shí)了硝酸鹽的去除率和反應(yīng)速度明顯提高；同步去除Ni2+和NO3-時(shí)，Ni對(duì)鐵粉還原去除硝酸鹽無(wú)明顯影響，而對(duì)納米級(jí)Fe0還原去除硝酸鹽有一定的促進(jìn)作用；而同步去除Cr(Ⅵ)和NO3-時(shí)，零價(jià)鐵還原脫除硝酸鹽反應(yīng)明顯受到阻礙。
　　 6、廢鐵屑填充的反應(yīng)柱可以有效地脫除水中的硝酸