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    饮用水中的硝酸盐污染

    2013-07-12 14:29:00  来源:
    1 地下水硝酸盐污染的危害
             硝酸根是亚硝酸根进一步氧化的产物,因此它可以被还原成亚硝酸根。如果饮用水中硝酸盐的含量过高,被儿童尤其是婴儿饮用后,由于儿童肠胃酸度较低, 适于微生物生长,微生物可使硝酸盐还原成亚硝酸盐,亚硝酸盐再被血液吸收, 使大量血红蛋白变成正铁血红蛋白,使血液不能输送氧气而患白血病。饮用水中硝酸盐浓度过高,会诱发一些水体产生一些亚硝胺类的致癌物质,导致新生儿易患高铁血红蛋白症(又称蓝婴综合症”)亚硝酸根被吸人人体血液后,能与血红蛋白结合形成失去输氧功能的变形血红蛋白,使组织缺氧而中毒,重者可因组织缺氧而导致呼吸循环衰竭。另外,亚硝酸根在人体内还可与仲胺作用生成亚硝胺,亚硝胺有强烈的致癌作用,同时还有致畸胎和致遗传变异的可能。据报道:在农村的饮用水中亚硝酸盐浓度超过4mg/l 就会大大增加Non - Hodgk in’s 淋巴瘤的风险
    2地下水硝酸盐的污染来源
             地下水污染的途径各不相同:有些主要来自于补给水源的受污染的地表水水体,有些地区主要来自于被污染的雨水径流或农田灌溉水的渗入。还有的来自于水质较差的人工回灌水等。地下水中硝酸盐主要来自于工业含氮废水、农田排水、生活污水、暴雨径流和大气沉降。在农业地区农田施用的化肥、养殖场牲畜粪便、含氮矿石堆场、大气沉降是氮的主要来源。施人土壤的氮肥、处置不当的牲畜粪便和露天矿石中的氮进入土壤中被大气降水或灌溉水的淋滤后,在土壤中很容易反应变成硝酸盐,硝酸盐易溶于水,随径流漉人地表水中或直接渗入地下水中
        在非农业地区,硝酸盐污染主要是由于未经处理或处理不完全的工业古氮废水、城市生活污水、城市暴雨径流,排人日益严重的富营养地表水中逐渐渗入到地下水中,还有城市地区的草地、园林、高尔夫球场等处也会由于施人的大量化肥的流失而污染地下水。另外随着城市的发展,大型电厂、汽车和其他交通工具产生的大量氮化台物排人大气中,这些氮化合物与大气中的凝结水或雨水反应生成硝酸盐随降雨或霜、露等沉降也会渗入地下水中产生污染。
    3 硝酸盐污染饮用水的去除技术
    3.1化学还原技术
               化学还原去除技术主要是利用还原剂将硝酸盐氮还原,根据采用的不同还原剂可以分为活泼金属还原法和催化还原法。前者是以铜、铝、锌、铁[7]等金属单质为还原剂;后者以氢气[8]以及甲酸、甲醇等为还原剂,化学还原技术一般都必须有催化剂存在才能使反应进行。铁还原硝酸盐的过程可用式(1) 表示。
    NO-3 + 10H+ + 4Fe→NH+4 + 3H2O + 4Fe2 + (1)
    ΔGO= - 460kJ / mol
              化学催化反硝化法研究始于19 世纪80 年代末,目前研究的比较多的是以氢气为还原剂,Pd -Sn Pd - Cu 等复合金属为催化剂的催化还原法.实际上,化学还原去除硝酸盐作为原位处理技术受到诸多限制,如还原产物氨的后处理;采用氢基催化反应时需要昂贵的钯基催化剂和将氢气注入地下水的设施;地下水含有杂质时会影响催化剂的活性;催化剂的活性和选择性的控制不当可能造成催化作用不完全而形成亚硝酸盐,或由于氢化作用过强而形成NH3 NH+4 等副产物,是目前研究的重点和难点。
    3.2物理去除技术
        硝酸盐的物理除去技术主要包括物理分离及物理吸附技术。物理分离技术主要包括离子交换法、反渗透法、电渗析法,这些方法可以有效地去除地下水中的硝酸盐,但这些方法对硝酸盐去除的选择性差,处理后产生浓缩液需要进一步后
    处理,且处理成本昂贵。物理吸附技术是利用吸附材料的表面性质将水中的可溶性物质吸附而加以去除。吸附材料主要有: 离子交换树脂、磷酸酯型树脂、活性碳、胺改性椰壳、海泡石和竹子烧制的活性炭等。所有这些吸附材料都能有效地去除水体中的硝酸盐,但由于成本较高,这些吸附材料均不适于地下水硝酸盐的原位处理。再者,由于地下水和土壤中杂质众多,塑料材料和离子交换树脂很容易受到污染。
    3.3生物去除技术
             地下水脱氮被研究得*多、*热的技术方法是生物法去除技术,即在缺氧的条件下,某些特定的反硝化菌以硝酸盐为电子受体进行呼吸作用,而达到去除硝酸盐的目的。
               原位生物脱氮技术是指利用被污染的场所作为脱氮反应体系场所的方法,是一种运行费用低、操作简单的方法,但必须对地下水的水质情况、水动力系统和有关的水文地质资料有一定的掌握。原位生物脱氮技术往往向污染地下水中投加修复基质,可分为固体、液体和气体3 种。该技术关键是如何提高氢气的利用效率以及防止产生爆炸性空气的危险。原位脱氮技术随着地下水深度的增加,费用将显著增加,而且所加基质很难均匀地分布于蓄水层中,控制地下水的水流方向困难,效果难以控制,所以只局限于某些地质条件较好、地下水污染面积不是很大的地区。
                异位生物脱氮是将污染的地下水取出,利用人造的生物反应器来去除水中硝酸盐的方法,可分为异位自养生物脱氮技术和异位异养脱氮技术。自养生物脱氮技术利用无机碳源,主要以氢气、硫及硫的化合物作为电子供体完成微生物的
    新陈代谢链[9],按电子供体不同分为氢自养反硝化和硫自养反硝化。氢气原料具有洁净无残留、利用率高、成本低廉、无需后续生物稳定性处理等优点,因此,在缺氧条件下自养微生物利用氢气作为电子供体还原硝酸盐越来越多地受到研究者们的关注[10].
              异养生物脱氮技术是以投加有机物(甲醇、乙醇、醋酸等) 做为反硝化基质来解决地下水的贫营养性问题,是饮用水反硝化领域中研究*多*广泛的技术,这类方法比自养反硝化技术反硝化速度快,单位体积反应器的处理量大。然而,所投加的有机物性质会影响微生物产率,有机物的选择也常常要做经济上的考虑。有机基质投加量也有影响,如果投加量不足,则易导致水中亚硝酸盐氮的积累,若投加过量,则残留的有机基质会带来二次污染。
    3.4 膜处理技术
              在膜处理技术中,纳滤技术在未来几年的应用市场非常广阔。纳滤技术有许多优点,相比超滤而言,纳滤对有机物的去除效果更好,这样就减少了消毒副产
    物的产生。而相对臭氧生物活性炭来讲,纳滤出水不仅浊度更低,而且细菌可以全部截留,这样也可以保证氯消毒的安全性。但是纳滤也有一些缺点,例如纳滤在去除有机物的同时也去除了大量的二价离子(Ca Mg ),以纳滤出水为市政供水,长期饮用就可能存在健康问题;此外纳滤的产水率是70%~90%,相对传统工艺而言比较低。但是从今后的发展来看,可以考虑将不同工艺的出水混合,这样就可以发挥各种工艺的特长,从而达到水质标准的要求。

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