还原性铁粉处理低浓度硝酸盐废水的研究

发布时间：2020-09-10 12:19

　　水中的硝酸盐污染和危害逐渐引起人类的广泛关注。目前我国各类含氮废水经传统生化法处理后,由于残余的NO_3~-浓度较高而导致总氮不达标,其进入环境中仍会对人体和环境造成影响。此外,我国氧化铁红生产所采用的硝酸盐湿法工艺在生产过程中,硝酸根会转化为氨氮,从而产生大量的高浓度氨氮废水。针对上述两个问题,本文提出采用还原性铁粉(Fe~0)处理低浓度硝酸盐废水,通过对反应过程中氮元素转化的分析,推测硝酸盐氮还原转化的路径,再通过反应动力学分析,考察促进反应产物趋于环境无害化的反应条件,并初步探讨其反应机理。本试验探究了pH、温度、Fe~(2+)浓度、Fe~0投加量和初始NO_3~-浓度等对Fe~0还原硝酸盐的影响。试验结果表明,进水初始pH值和Fe~(2+)浓度是主要的影响因素,而反应温度则是次要因素。在Fe~0还原NO_3~-的过程中,金属表面的电子转移是主要的还原反应途径,而Fe~(2+)可以作为电子供体或电子传递载体促进Fe~0和NO_3~-之间还原反应的发生和进行。此外,Fe~0投加量的增加可以提高Fe~0和NO_3~-之间的反应速率,而初始NO_3~-浓度的升高,则会使Fe~0和NO_3~-之间的反应速率逐渐减小。为探究中性条件下Fe~0还原硝酸盐的可行性,通过共沉淀法制备Fe_3O_4和沸石粉负载Fe_3O_4的复合材料(Fe_3O_4/zeolite,简称FZ)。表征结果表明Fe_3O_4呈团簇形态紧密生长在沸石上,而Fe~(2+)则可以通过离子交换进入沸石颗粒内部,FZ表面负载的Fe_3O_4和孔道结构内的Fe~(2+)在Fe~0还原NO_3~-的过程中发挥作用。因此,Fe~0协同FZ可以在中性甚至碱性条件下还原NO_3~-,且经过碱洗预处理的沸石粉制备的FZ效果更佳。采用上流式Fe~0-沸石固定床,探究了纯铁粉、铁粉/石英砂和铁粉/活性炭3种填料对硝酸盐废水的处理效果。试验结果表明,当进水NO_3~-浓度为50 mg·L~(-1)、pH=6、V(Fe~0)/V(活性炭)=0.5时,NO_3~-去除率可达75.99%,反应符合准一级反应动力学模型,反应速率常数可达0.084 min~(-1),且反应产物中氨氮的比例较低。活性炭或石英砂的加入可以减缓反应柱内铁粉的板结。反应柱内的沸石对氨氮具有良好的吸附效果,且对出水的pH具有一定的调节作用。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：

还原产物,反应体系,试验条件,质量浓度

图 3-2 pH 值对 NO3-还原产物的影响Fig.3-2 Effect of pH on the reduction products of NO3-初始 pH 值对反应的影响，在 NO3-质量浓度为 50m度为 90 ℃的试验条件下，调节反应体系的初始 pH实验结果如图 3-3 所示。102030405060ON3-度浓/gm/LpH=2pH=3pH=4pH=5

XRD图谱,天然沸石,XRD图谱,沸石粉

华南理工大学硕士学位论文表征D 分析定 FZ 制备过程中 Fe3O4是否可以负载在沸石粉表面，试验分析了理论 Fe3O4产量比值 1:1 制备的 FZ(即 FZ-4)、Fe3O4和碱洗预处理图谱，分析结果如图 4-3 所示。中可以看出，碱洗预处理后的沸石粉和 FZ-4 仍具有天然沸石的特征.1°、22. 5°、25.8°、26.8°和 27.9°)，说明碱洗不会对沸石粉的结构，FZ-4 的 XRD 图谱中可以观察到 Fe3O4的 5 个特征峰[135,136](2θ= 30. 4°和 62.8°)，说明共沉淀法可以制备出 Fe3O4并将其负载在天然沸

SEM图,沸石粉,类球形,表面

图 4-4 Fe3O4的 SEM 图Fig.4-4 The SEM diagram of Fe3O4图 4-5 FZ-4 的 SEM 图Fig.4-5 The SEM diagram of FZ-4可以看出，Fe3O4的形貌为类球形，且分散性相对较好。通过观察 FZ-4 的 SEM 图可以看出，Fe3O4紧密地生长在沸石粉表面，并且团聚在一起，而在沸石粉的内部孔径内，FeO较少，推测 FeO大部分只是负载在沸石粉表面，并不能进入到沸石粉内部的

【参考文献】