地下水中硝酸盐的各种去除方法概述

厉彦梅

(山东省日照市自来水公司工程处，山东 日照 276826)

1.前言

水资源的组成部分中地下水占据着重要地位，地下水的重要性从种种数据就可以显示出来，比如地下水占了整个地球淡水资源的95%以上。而我国地下水有三分之一的补给来源于天然补给，高达8837亿立方米/年，虽然地下水补给不少，但是在我国农村地区，基本上生活饮用、灌溉都来自于地下水，用地下水来灌溉农田的面积占整个耕地总面积的五分之二。随着河流污染日益严重，不少城市中供给水也都来自于地下水，我国600多个城市中有400多个城市是利用地下水来供给，供水量更是高达城市总供水量的三分之一。随着氮素化肥在农业中的广泛使用，生活污染任意排放，含氮的工业废水处理净化未达标排放和泄漏，污水随意排放到农田，地下水过量开采导致自然界的氮元素失去平衡，等等，这些不利条件的集合促使硝酸盐在水中的日积月累。从种种数据中可以发现，如果人体饮用的水中硝酸盐含量超过一定标准，那么就会对人体健康带来影响，甚至可能会引发一些疾病，比如高铁血红蛋白症的出现就会令人体血液失去携带氧气的功能。另外食用的亚硝酸盐与仲胺类合成会变成亚硝胺类，这种物质存在于人体内，并且达到一定的数量时就会形成致癌物质，导致人体患癌，畸形，疾病突变等情况出现，对人体生命产生严重影响。

我国和世界卫生组织对饮用水中硝酸盐氮含量的规定标准不同，世界卫生组织的规定标准是﹤10mg/L，我国则是﹤20mg/L，但是有些地方的地下水硝酸盐的含量更是高达400－500mg/L，这个数值是远远高过世界卫生组织规定的标准。因此，硝酸盐污染必须给予足够的重视，同时寻找一种经济有效的硝酸盐去除方法，来保证人民饮水安全和建设社会主义和谐社会都有重要的意义。

2.地下水中硝酸盐的去除方法及其特点［4，5］

想要除去地下水中的硝酸盐有不少方法，目前比较常用、也比较有效的主要方法是生物反硝化以及离子交换剂反渗透工艺两种方法。虽然我们可以将硝酸盐利用一些物化方式来和饮用水中分离，但是这不是解决问题的最好方法，也不能够很好的解决水中硝酸盐带来的污染，最好的方法还是要令饮用水恢复自然界氮素循环的平衡:①限制人工固氮并且提倡农业清洁生产;②人工动力来将氮素以氮气形式进入到大气中。

2.1 原位生物脱氮法。原位处理简单来说就是在原本被污染的地方进行重新净化污染的方法，这种方法投入成本低，而且操作十分方便，但是在进行实验的时候要对该地方地下水的相关情况有所了解，比如水质，对当地的一些水文地质资料也要有掌握。对地下水硝酸盐进行原位生物处理，这种方法在国外早就开始研究并且取得一定的成功，特别是在欧洲以及日本等发达国家已经投入实际使用，主要是以种植需要的植被或者在地下水中投入香蒲植物的茎、叶等，这样做就是为去除地下水中硝酸盐提供所必须的营养物质。使用原位生物处理方法来分离水中的硝酸盐所需要的费用会随着地下水位深度的增加而明显增加，而且使用该方法对地下水的流向很难把握。

2.2 反应器生物脱氮法。该方法是在人工制作的生物反应器中进行脱氮，包含异养菌脱氮和自养菌脱氮两种方法。异养法要在水中加入能够促进反应的有机碳源作为食料，比如乙醇、醋酸等，这样能够加速硝酸盐还原氮气的过程，由于反应速度快，这样需要的费用就比较低。不过该方法也有缺点，该反应过程中会有细胞合成，导致脱氧菌繁殖，这就需要对其进行后处理，包括剩余污染和过剩氢供体处理。与异养法相对的自养法则不需要在反应器中加入有机质，利用氢气、二氧化氮等无机物作为反应过程中所需的氢供体进行。该方法远不如异养法成熟，还在进一步探讨研究中。

2.2.1 反渗透法 (RO)。这种膜处理工艺运用各种合成聚合物使水分子通过，而使污物截流。

应用:主要用于水的淡化除盐，工业废水处理和医药工业。

缺点:水量损耗大;在单独处理硝酸盐是成本较高。

2.2.2 离子交化法。该处理方法是最常用的去除硝酸盐的方法，我们将离子交换法分为固定床与连续床两种系统，其中固定床系统还包含顺利再生系统以及改进完善后的逆流再生系统。

a.顺流再生法

应用:此传统系统是用于去除低浓度硝酸盐。

缺点:只能用于去除地含量硝酸盐;吸附剂效率低;再生剂消耗大，再生效率低;由于渗流形成聚流失硝酸盐泄露;运行时间短。

b.逆流再生法

应用:再生盐溶液从容器底部向上流经树脂床;是改进后的树脂床;同顺流再生法相比，此方法硝酸盐泄露量较小，再生剂单位消耗量可降低20﹪－40﹪。

缺点:除了可提高处理效率外，这种处理法同传统固定床离子交换法有相同局限性。

2.3 物化方法除去地下水中的硝酸盐

常说的物化方法包括蒸馏、电渗析、离子交换法等，但是除了离子交换法可以应用于大规模饮用水外，其他几种物化方法都不能够实现，而且利用物化方法去除硝酸盐所需要的成本太高，物化过程中选择性也不高，在进行中有可能会去除掉对人本本身有益的元素，且实现效率也较低。

2.4 化学催化反硝化法。还原硝酸盐成氮气的条件较难控制，比如金属铁和二价铁，十分容易产生副产物，因此人们在使用方法过程中会适当加入催化剂，尽量让副产物出现的数量减少，进而形成了催化剂还原硝酸盐的方法。该方法主要是将氮气作为还原剂，并且将金属等催化剂附于多孔介质上，从而达到催化还原水中硝酸盐的目的。

化学催化反硝化研究始于20世纪80年代末，德国学者Vorlop K.D.等人最早提出一通入的氢气为还原剂，在负载型的二元金属催化剂 (如PbCu－Al2O3)的作用下，将硝酸盐氮还原［10］。

从理论上来看，选择合理的催化剂以及控制好反应条件，再通过化学催化剂就可以实现将硝酸盐氮完全转化为氮气的目的。使用的催化剂中的催化活性是生物反硝酸酶的30倍还高。该化学反应过程可以在地下水中实现，所以以氮气为还原剂不会让处理水给地下水带来二次污染。

3.结论

综上所述，原位生物脱氮法、反应器生物脱氮法、物化方法、化学方法还原法以及化学催化反硝化法，都有各自适合的领域和其本身的优缺点。但对去除地下水中的硝酸盐来说，由于化学催化反硝化法可以将硝酸盐全部还原为氮气，化学催化剂的活性比较高，不对处理水产生二次污染等优势，被认为是最有发展前景的饮用水脱硝工艺。