摘要
硝酸盐作为一种含氧酸盐污染物频繁在水中被检出，其被人体过量摄入可引起高铁血红蛋白症等诸多疾病，给人体健康带来极大威胁，目前常规饮用水处理工艺难以将其有效去除。现阶段硝酸盐处理技术中，生物法由于产生大量污泥无法应用于饮用水处理中；物理法本质是转移硝酸盐，仍需进一步处理；膜技术由于运行费用昂贵难以推广；化学法由于反应迅速、去除彻底等特点受到关注，但仍有氮气转化率低，易产生铵盐等问题。高级还原体系是新型化学还原技术之一，其利用还原性自由基去除水中污染物，因不同自由基具有各自特征，故高级还原体系适合去除不同种类的污染物。本文拟构建及优化新型高级还原体系，实现去除饮用水中硝酸盐、使其还原为氮气的目标，对解决饮用水中硝酸盐的问题具有重要意义。 论文研究了单独紫外光、单独甲酸盐及紫外光/甲酸盐体系对硝酸盐的去除效能：通过分析紫外光/甲酸盐体系的影响因素，并结合还原性自由基捕获试验，探究硝酸盐的反应动力学及降解路径；针对紫外光/甲酸盐体系去除速率缓慢的问题，提出紫外光/甲酸盐/亚硫酸盐复合体系，通过分析该复合体系的影响因素，探讨该体系在工程应用中的可行性；同时考察了紫外光/甲酸盐体系对实际水体中硝酸盐的去除效能。 单独紫外光、单独甲酸盐及紫外光/甲酸盐体系对硝酸盐的去除效能研究表明，单独紫外光体系反应180min对硝酸盐去除率为17.3%，总氮去除率为0.0%；单独甲酸盐体系反应180min对硝酸盐去除率为0.0%。紫外光/甲酸盐体系反应180min对硝酸盐去除率为98.9%，总氮去除率为98.4%，有效去除硝酸盐。 紫外光/甲酸盐体系中硝酸盐的反应动力学及降解路径的研究结果表明，各条件下，紫外光/甲酸盐体系对硝酸盐去除符合准一级反应动力学模型；光源、甲酸盐浓度及溶液pH对去除过程影响较大，硝酸盐去除率和反应速率在一定范围内随着紫外剂量、甲酸盐浓度及溶液pH增大而提高；硝酸盐初始浓度、部分阴离子及有机物在一定浓度范围内对反应速率影响较小；还原性自由基捕获试验结果证明二氧化碳自由基阴离子CO2·-为主要作用自由基，认为硝酸盐或亚硝酸盐光降解产生含氮中间产物的同时，为产生CO2·-提供·OH，继而利用CO2·-还原含氮中间产物直至完全脱氮。 紫外光/甲酸盐/亚硫酸盐复合体系通过投加亚硫酸盐可以产生更多还原性自由基，故硝酸盐去除率和反应速率随着亚硫酸盐投量增加、溶液pH值增大和硝酸盐初始浓度减少而提高，但硝酸盐转化为氮气比例会随之降低，是因为过量水合电子参与反应，导致体系降解路径发生改变；同时亚硫酸盐的促进作用极易由于部分阴离子或有机物对自由基的捕获作用而失效，因此紫外光/甲酸盐/亚硫酸盐体系应用于实际水体尚有诸多问题有待解决。 紫外光/甲酸盐体系对实际水体中硝酸盐的去除效能研究结果表明，紫外光/甲酸盐体系反应240min，对模拟地下水中硝酸盐去除率为99.5%，总氮去除率为99.4%；而该体系反应300min，对实际地表水中硝酸盐去除率为100.0%，总氮去除率为92.6%。实际地表水中总氮去除率低于模拟地下水是因为地表水中的天然有机物或其它物质对体系降解路径存在干扰。 本文提出的新型高级还原体系——紫外光/甲酸盐体系是一种去除水中硝酸盐可行且具有前景的方法。该体系降解硝酸盐的氮气转化率接近100%，对硝酸盐脱氮的同时，额外投加的试剂也能得到有效矿化，避免二次污染，值得进一步深入研究，为彻底去除饮用水中硝酸盐提供技术支撑。
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