（市政工程专业论文）电催化还原去除水中硝酸盐氮的研究.pdf

摘要 摘要 地下水中硝酸盐的污染及其对人类健康的影响已经逐渐引起人们的普遍关 注，世界卫生组织w h o 和美国环保局u s e p a 都在饮用水水质标准中规定饮用 水中n 0 3 。一n 浓度不得超过1 0 m g l 。有效地控制污染源，采取一系列防治措施 是必需的，然而对于大多数地区来说，对已污染的地下水进行处理是当务之急。 本文对去除地下水中硝酸盐的主要技术进行了阐述和比较。通过对各种处理技 术存在的优缺点的比较，本文认为电催化还原去除地下水中硝酸盐技术是一项 有发展前景的饮用水处理技术，着重进行了电催化还原去除硝酸盐的试验研究。 在电催化的实验过程中，选择合适的电极是十分关键的步骤，一方面水处 理技术中应用的电极要符合“绿色环保 的要求，不会在反应过程中被腐蚀， 不会产生有害物质释放到处理水体中；另一方面，催化剂的引入不仅加快反应 速度，提高反应效率，而且会提高理想反应物的选择率。根据这两个基本原则， 本实验选取了几种电极组合，分别为：阴极无孔钛板+ c u 、p d - c u 电镀，阳 极炭板；阴极钛网+ 活性炭纤维a c f ( p d - c u 、p d 、c u 负载) ，阳极相同面积 钛网；阴极多孔钛板活性炭纤维a c f ( p d c u 负载) ，阳极相同面积多孔钛板。 通过试验结果的分析对比，选取了阴极多孔钛板，阳极相同面积多孔钛板作为 电极进行后续试验。 在后续试验中，研究了单室反应器内不同比例( 1 ：1 和4 ：1 ) 负载p d 、c u 催化剂的多孔钛板作为电极的硝酸盐的去除以及各种不同反应条件的影响。多 孔钛板4 ：1 比例负载双金属催化剂的脱硝效果要稍稍低于1 ：1 比例负载，但 同时发现，4 ：1 比例负载的多孔钛板脱硝后产生的副产物亚硝酸盐氮和氨氮都 有所减少。通过对不同比例负载的多孔钛板的催化电极在单室反应器内的脱硝 效果比较，确定多孔钛板4 ：1 比例负载催化剂的脱硝效果要好。 为了克服单室反应器的反应效率低的缺点，本试验还研究了隔膜双室反应 器内对硝酸盐氮的去除效果。研究了在隔膜双室反应内4 ：1 比例负载p d - c u 和 p d s n 的多孔钛板作为电极，对硝酸盐的去除以及不同反应条件的影响。试验结 果表明，4 ：l 比例负载p d - s n 不仅对硝酸盐的去除效果好，而且生成的副产物 要比p d c u 的少。对相同摩尔数常见阴离子s 0 4 ，c l 一，h c 0 3 对多孔钛板4 ：1 负 摘要 载p d s n 催化剂在隔膜式双室反应器内的脱硝效果影响进行了研究。上述阴离 子对实验中脱硝活性的影响按由小到大的顺序依次为s 0 4 2 一 c 1 一 h c 0 3 一。催化还原 电极对模拟地下水的脱硝效果未见有大幅度的降低，而变化最明显的是副产物 氨氮生成量急剧增加，同时对氮气的选择率方面有所下降。 本文通过对不同试验结果的分析，对试验的原理以及动力学进行了研究。 不同性质催化剂的催化原理既有相通之处又有独特之处，对其进行了归纳和对 比。 电催化还原去除地下水中的硝酸盐的技术可以说是一项有效的实用的催化 还原技术，尤其适用于小型水厂以及没有统一供水系统而是自家开采地下水作 为饮用水源的农村地区。最后并对去除地下水中硝酸盐技术的发展方向以及现 有技术存在的问题和有待解决改进的方面进行了探讨和展望。 关键词：电催化还原；多孔钛板；单室双室反应器；p d c u ；p d s n ；硝酸盐氮； 还原副产物； u a b s t r a c t ab s t r a c t n i t r a t ei saw i d es p r e a dc o n t a m i n a n to fg r o u n dw a t e ra n di ti sap o t e n t i a l h u m a nh e a l t ht h r e a t r e g a r d i n gt ot h e s ef a c t s ，i ts t i m u l a t e sp e o p l eg r e a tc o n c e mo n n i t r a t ec o n t a m i n a t i o ni ng r o u n d w a t e r w h oa n du s e p ah a v er e g u l a t e dt h e m a x i m u mn i t r a t ec o n c e n t r a t i o ni nd r i n k i n gw a t e rn o tg r e a t e rt h a n10 m gn 0 3 。- n 1 t h e r ea r ew a y st op r e v e n th i 曲c o n c e n t r a t i o n s ，b u ts i n c ei tw i l lt a k em a n yy e a r st os e e t h er e s u l t so fi m p r o v e df e r t i l i z e rm a n a g e m e n t ，n i t r a t er e m o v a lm a yb et h eo n l yo p t i o n f o rm a n yc o m m u n i t i e s t h em a i nr e m o v a ln i t r a t et e c h n o l o g i e sa r ed i s c u s s e da n d c o m p a r e di nt h i sp a p e r t h r o u g hc o m p a r i n g ，e l e c t r i c a l - c a t a l y t i cr e d u c t i o nr e m o v i n g n i t r a t ei sc o n s i d e r e da sap r o m i s i n gt e c h n o l o g yo fd r i n k i n gw a t e rt r e a t m e n t ，f o c u s i n g o ne x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho fr e m o v i n gn i t r a t e i nt h ep r o c e s so fe x p e r i m e n t ，i ti sc r u c i a lt oc h o o s et h ef i g h te l e c t r o d e o nt h e o n eh a n d ，t h er i g h te l e c t r o d ew i l ln o tb ee r o d e da n dr e l e a s ec o n t a m i n a n tt ot h e t r e a t i n gw a t e r , w h i c hi sg r e e na n de n v i r o n m e n t a l ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec a t a l y s tw i l l d e v e l o pr e a c t i n gr a t ea n ds e l e c t i n gr a t e r e g a r d i n gt ot h e s e t w os t a n d a r d s ，t h i s e x p e r i m e n tc h o o s e ss e v e r a le l e c t r o d e ：c a t h o d en o n - p o r o u st i t a n i u mp l a t e db yc u p d c u , a n o d ec a r b o np l a t e ；c a t h o d et i t a n i u mn e t + a c f ( p l a t e db yp d c u p d - c u ) ， a n o d et h es a m et i t a n i u mn e t ；c a t h o d ep o r o u st i t a n i u mp l a t e a c f ( p l a t e dp d - c u ) ， a n o d et h es a l t l e p o r o u s t i t a n i u m p l a t e t h r o u g hc o m p a r i n ga n da n a l y s i s i n g e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w ec h o o s ec a t h o d ep o r o u st i t a n i u mp l a t e ，a n o d et h es a l t l e p o r o u st i t a n i u mp l a t ea st h el a s te l e c t r o d ef o rc o n t i n u a le x p e r i m e n t i nt h ec o n t i n u a le x p e r i m e n t , t h er e m o v i n gn i t r a t ea n di n f l u e n c eu n d e rd i f f e r e n t r e a c t i n gs i t u a t i o n sa r er e s e a r c h e dw i t he l e c t r o d eo fp o r o u st i t a n i u mp l a t e db y1 ：1 a n d 4 ：1p d c u t h ed e n i t f i f i c a t i o ne f f e c to f4 ：1p l a t ec a t a l y s ti sa1 i t t l el e s st h a n1 ：1 ， h o w e v e r , t h er e a c t i n gb y - p r o d u c t sw i l lb er e d u c e db y4 ：1p l a t ec a t a l y s t t h r o u g h c o m p a r i n gd e n i t r i f i c a t i o ne f f e c tu n d e rd i f f e r e n tp l a t i n gr a t i o ，w ec h o o s e4 ：1 a st h e f i n a lr a t i of o rt h eb e s tr e a c t i n ge f f e c t t oo v e r c o m es i n g l er e a c t i n gr o o m sd r a w b a c k , t h i se x p e r i m e n th a sr e s e a r c h e d r e a c t i n ge f f e c ti ns e p a r a t e dr e a c t o r w eh a v er e s e a r c h e dd e n i t r i f i c a t i o ne f f e c ta n d i i i a b s t r a c t i n f l u e n tf a c t o r su n d e rd i f f e r e n tr e a c t i n gs i t u a t i o nw i t hp o r o u st i t a n i u mp l a t e db y4 ：1 p d c ua n dp d - s n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a te l e c t r o d ep l a t e db y4 ：1p d - s n h a sb e t t e rd e n i t r i f i c a t i o ne f f e c ta n da l s or e d u c eb y p r o d u c t t h ee f f e c to fd i f f e r e n t a n i o ns 0 4 2 。，c 1 。，h c 0 3 。t od i n i t r a t i n gh a sb e e nr e s e a r c h e d ，w eg e tm eo r d e r ： s 0 4 2 n 0 3 h c 0 3 - c 1 。因此应用离子交换树脂进行脱硝时，树脂中的氯离 子可以将水中所有的硫酸根离子、硝酸根离子和约一半的碳酸氢根离子交换掉。 一般来说，离子交换法可分为固定床系统和连续床系统。连续吸附离子交换法 的主要优点在于它产生的废水比其他处理方法产生的废水要少9 0 ，因为连续 吸附离子交换法允许冲洗水重复利用，且至少可节省6 0 的树脂。在物化方法 中，离子交换法具有较成熟的经验，可有选择性地去除硝酸盐，但是所有的离 子交换法都需要对高浓度盐或酸进行再生，从而产生含有高浓度的硝酸盐、硫 酸盐等废水，后处理困难。此外对于硫酸盐含量高的水，树脂将先交换硫酸盐， 然后才交换硝酸盐，因此树脂利用率低，运行成本高。而且树脂具有确定的交 换容量，当超过其交换容量时就会发生n 0 3 泄漏。并且离子交换法的缺点还有 对水源中的硫酸根离子、氯离子以及水中的有机物比较敏感，同时出水中氯离 子的浓度比较高、p h 值较低，对管道有很强的腐蚀作用，因此要对出水进行后 续处理，并且再生剂用量也比较大。 ( 2 ) 反渗透法 在反渗透方法中，水在外力下可以通过一种半透膜材料，而水中的硝酸根 和其他离子则不能通过这种半透膜。通常保证水通过半透膜所需的外界压力在 2 0 7 0 1 0 3 5 0 k p a 之间。所用的半透膜大多数是由醋酸纤维素、聚酰胺复合膜制成 的。反渗透法的另一个问题是半透膜对水中离子的通透没有选择性，所以反渗 透法往往会降低饮用水的矿化度。同时水中各种离子的脱除率与其价态成正比。 另一个常见的问题是半透膜随着时间的增加，由于水中可溶性矿物质、有机物、 悬浮物和胶体离子等污染物的沉积、p h 值的变化和水中氯腐蚀很容易发生膜的 玷污、收缩、破损，从而降低了渗透膜的使用寿命。为了延长反渗透膜的使用 寿命，反渗透法须对进水水样进行预处理，所以反渗透的特点是水量损耗大， 8 第1 章引言 反渗透法的水利用率一般为5 0 ，在单独处理硝酸盐时成本较高，主要用于水 的淡化除盐，工业废水处理和医药工业1 2 踟。 ( 3 )电渗析法 在电渗处理中，离子在直流电的作用下从浓度低的一端通过半透膜进入到高 浓度一端。电渗方法的优点是可以把水中不希望存在的离子选择性地通过半透 膜加以除去。一个电渗装置包括高压水供应装置、半透膜组和提供直流电的电 源设备。被处理的水在脱氮前往往需要进行预处理。后来一种被称为电渗反转 ( e l e c t r o d i a l y s i sr e v e r s a l ) 的方法被应用到水的脱氮处理中，这个过程是每小时 里把电极的极性变换2 4 次来改变离子的运动方向。与传统的电渗方法相比，电 渗反转方法减少了除垢过程和化学品的用量。目前这种方法已经被应用到海水 和其他卤水中制取饮用水的实践中。目前，用电渗析法脱除硝酸盐还是一种比 较昂贵的技术。 ( 4 ) 化学还原法 在碱性条件下，用化学还原方法也能有效地去除水中的硝酸根。还原剂通常 采用活泼金属。一些活泼金属，如f e 、c d 、铝、合金、锌等，在一定环境中可 以使硝酸盐还原为亚硝酸盐或氨氮2 9 1 。目前研究较多的还原剂有金属f e 3 0 l 、二 价铁【3 l 】、金属铝【3 2 】等。 铁还原法是化学还原法中被研究得最多的课题。y o n g 等人【3 3 1 在1 9 6 4 年就尝 试以铁粉作还原剂脱除饮用水中硝酸盐氮，氮在实验中发现约7 5 的硝酸盐氮 转化为氨氮，使其认为这一方法在大规模饮用水处理中应用的前景有限，因此 该技术在当时受到了冷落。到了2 0 世纪9 0 年代以后，以铁为还原剂脱除饮用 水中硝酸盐氮的方法重新受到了关注。反应应处于厌氧条件、低p h 值下进行， 当铁与硝酸盐的比率大于等于1 2 0 m 2 f e o m o l n 0 3 时，在1 h 内硝酸盐就能被完全 去除。在低p h 值下，n 0 3 快速还原主要是由于f e o 的直接还原和表面氢的间接 还原。所以后续工艺需要增加p h 值以释放n h 3 。实验结果证明，当有铜催化剂 存在时，铁和硝酸盐的比例大约是1 5 ：l 时反应能很好的进行。 用铁粉或f e 2 + 还原硝酸盐一个最大的缺点是生成大量的铁泥以及还原产物 绝大多数为氨氮，造成二次污染或需要后续处理。但由于铁的来源广泛、价格 低廉；反应速度较快；除了p h 值外，对环境并没有特别要求。铁还原法还会继 续受到关注。目前出现了改进措施，c h o et 3 4 j 等提出了一种纳米铁粉反硝化法， 反应须在无氧条件下进行。纳米铁粉( 1 1 0 0 n m ) 可以将硝酸盐氮还原为氮气， 9 第l 章引言 反应后水中几乎没有其他中间产物和氨氮。在室温条件下反应迅速、脱硝完全， 且无需调节p h 值。如果纳米铁粉的成本不太高，这一方法应该有相当好的应用 前景。 用舢粉还原硝酸盐技术主要用于放射性废物和有毒废物中。m u r p h y e 3 5 】建立 了一种用铝粉作还原剂去除硝酸盐的方法。反应中氨气是主要的反应产物，比 例可以达到6 0 9 5 。虽然在后续处理过程中需要加入石灰进行水的软化，但这 种方法的花费比较少，并且易于自动化操作，适合小型水处理。 活泼金属还原法的主要缺点在于反应的产物难以无害的氮气为主，并且会产 生金属离子、金属氧化物或水合金属氧化物等的二次污染，因此必须进行后续 处理，且对后处理要求较高，这样同时使这类方法在饮用水处理中的应用前景 受到影响，而应用于污水脱硝可能更为合适。 1 2 2 生物脱氮法 ( 1 ) 原位生物处理技术 众所周知，水、土系统具有一定的自净能力。为了充分发挥水、土系统的净 化功能，提出了原位生物修复技术。原位处理是利用被污染的场所作为脱氮反 应体系净化污染场所的方法，前提是必须对地下水的水质情况、水动力系统和 有关的水文地质材料有一定的掌握，是一种运行费用低、操作简单的方法，但 是不加基质时自然生物脱氮很慢，难以有效地去除地下水中的硝酸盐，这主要 是由于地下水环境中易氧化性有机碳浓度低，为反硝化作用的限制因子，加之 温度较低，以致自然条件下，反硝化作用速率较小。因此，许多研究者通过外 加电子供体和营养物质来强化原位生物脱氮。原位脱氮法在国外研究较多【3 6 。， 利用种植相应的植被3 7 1 ，或往地下投加锯末 3 s 】、香蒲植物的茎、叶【3 9 1 等，为地 下水中硝酸盐的去除提供营养物质( 碳源) 。国内胡国臣1 4 0 j 等也提出了利用炭化 纤维强化土壤反硝化作用方法。 ( 2 ) 反应器生物处理技术 由于生物处理具有高效低耗的特点，饮用水的生物脱氮得到了广泛深入的研 究。生物脱氮实质是n o r 作为脱氮呼吸链末端电子受体而被还原为气态氮的过 程。要使生物反应顺利进行，必须为其提供合适的电子供体。电子供体的合适 选择直接关系到硝酸盐的去除效率 4 1 , 4 2 1 。反应器生物脱氮是利用人工的生物反 1 0 第1 章引言 应器强化生物脱氮的方法，它包括异养型生物脱氮法和自养型生物脱氮法。 异养型生物脱氮法需向水体中投加有机碳源作为反硝化菌的营养物质，在饮 用水处理中常用的有甲醇、乙醇、醋酸、蔗糖等，其中尤其以前三者为多，完 成反硝化所需的碳氮比。在生物处理工艺中，除了需要考虑常规的温度、碳源 等因素的影响夕b 1 4 3 , 4 4 】，系统中0 2 的影响也是最重要的限制因素之一【4 5 ，铜。另外， 反硝化的最佳p h 值为7 0 8 0 ，过低会使产甲烷成为优势菌属，过高也会出现亚 硝酸盐积累现象【4 。 由于在反应中伴随着细胞的合成，异养型生物脱氮需考虑繁殖的脱氮菌剩余 污泥的处理；同时因为为了反应加速进行，一般添加过剩的氢供体。过剩的氢 供体的添加意味着有过剩的氢供体的残留，导致了原本不含可生化有机物的地 下水出现了有机物，所以也必须考虑它的后处理。 针对异养反硝化过程会导致出水中细菌含量增加和残留有机污染的问题， n i l s s o n 4 8 , 4 9 1 等人开始进行将反硝化菌包藏在藻酸钠等介质的颗粒中的固定反硝 化研究，出现了膜生物反应器工艺 5 0 , 5 1 】。为了避免反硝化微生物和出水互相接 触，l e m o i n e 等人1 5 2 1 则开展了将固定化生物夹在两层微孔膜之间或用膜将固定 化生物与被处理水分开的反硝化研究，b r u c e 和e d w a r d 5 3 l 提出了生物反硝化连 续流膜反应器的概念。 反应器生物脱氮技术具有高效低耗的特点，但对于异养型生物脱氮，同原 位生物处理法相比，一个最大的特点是建设费用较高。 自养型生物脱氮法不需向水体中投加有机碳源，因为也存在有能利用氢气、 还原态硫化物和二氧化碳等无机物作为氢供体的自养型脱氮菌。一般情况下自 养型细菌增长率低，增长速度慢，菌的增长量少，所以具有剩余污泥的产生量 低的优点。另外，因不需要添加有机物，所以不需要处理残留的有机物，在以 饮用水为前提的情况下，该方法较为合适，目前主要处于试验研究阶段。 1 2 3 催化还原脱氮法 催化还原脱氮法是近年来新兴的一种有效的脱氮方法，它包括光催化方法、 液相催化还原法和电催化法。 ( 1 ) 光催化方法 近年来提出的光诱发催化降解水中硝酸盐的方法，是利用钛、铂作为光催 第1 章引言 化剂降解水中的硝酸盐【5 4 1 。b r i a n 等利用纳米级晶体c d s 在p h 中性条件下进行 光催化还原硝酸盐实验，光催化还原硝酸盐的速率强烈依赖于表面颗粒尺寸， 有最大激发能的纳米晶体的还原速率最快【5 5 1 ，t o s h i y u k i 等阳进行光催化还原硝 酸盐的实验研究，用中孔催化剂锰钡矿，催化剂量0 1 5 9 加入到3 0 0 m l 水中，用 旋转泵脱气1 小时，去除溶解氧，再用高纯氩气通入溶液中以保持较低的氧浓 度，加入1 1 m 酣的h n 0 3 和1 0 m g 1 的c h 3 0 h 组成还原剂。实验发现增加光强 度可提高活性和选择性。j o h n 等【57 】对光化学去除硝酸盐和亚硝酸盐方法进行了 综述，并进行了机理方面的探讨，然而光催化还原去除硝酸盐的最大的缺点是 由于绝大多数的产物是氨氮，并且光催化还原硝酸盐存在着一个很普遍的缺陷 是光催化反应的量子利用率比较低，因此寻求一种有效的光催化剂是目前研究 的热点。 ( 2 ) 液相催化还原法 s h o r o l d 5 8 】在19 9 3 年首先采用了金属负载催化剂对水中的硝酸根进行液 相催化还原研究，从此有关液相催化还原硝酸根的研究引起人们的重视。以氢 气或者甲酸作还原剂，以p d 作为贵金属提高n 2 的选择性，选择另外一种金属 提高反应活性，已经有所报道的另外一种金属包括铜、锡、铟、锗等。双金属 作催化剂负载在固体颗粒上的液相催化还原方法已经被具体研究，其中作为载 体的固体颗粒有s i 0 2 【5 9 1 ，z i 0 2 t 6 0 1 ，a 1 2 0 3 【6 1 1 等。化学催化剂的催化活性可以比生物 反硝化酶的活性高3 0 倍以上。由于上述过程可以在地下水的水质和水温条件下 进行，若以氢气为还原剂，不会对被处理水产生二次污染，因此液相催化还原 法受到密切关注。然而作为还原剂的氢气在常压下溶解度小，使用中的安全性 不佳，不利于化学反硝化的实际应用【2 9 1 。 ( 3 ) 电催化方法 电催化方法去除硝酸盐的反应器简单，自动化程度高，而且反应出水无需后 续处理，并且不需要生物处理过程中的启动阶段。电催化方法有安全性、选择 性高，耗用低以及不污染环境的优点，最重要的是不需投加其他的化学药品， 这在饮用水的处理过程中尤其重要。 1 2 4 组合方法去除硝酸盐 ( 1 ) 离子交换法和催化方法结合 1 2 第1 章引言 p i n t a r 6 2 】把离子交换法和催化方法结合起来，并把此技术应用到饮用水脱除 硝酸盐的研究中。相比离子交换法，由于这种方法产生二次卤水的量很少，所 以用于树脂再生所需要的卤盐量也随着减少。同时由于脱氮过程不直接和地下 水相接触，所以反应中生成的副产物亚硝酸盐和铵根离子不会对地下水产生污 染，因此也就不需要相应的后处理过程。但这种方法的缺点也是比较明显，由 于催化剂体系的反应活性不是很高，所以在实际的工业中不适合进行大规模的 应用。 ( 2 ) 电极生物膜法 电极生物膜法应用于反硝化环节的研究工作起步较晚，到2 0 世纪9 0 年代初 才开始进行研究。1 9 9 2 年m e l l o r 等人【6 3 】首次进行了将电解供氢与生物反硝化集 成在一起的工艺研究。其原理是将提纯的n 0 3 、n 0 2 、y 2 0 还原酶和可传递电 子的燃料混合，共同固定在聚合物基体上，并使之以一薄层附着在电化学反应 器的阴极上。在低压直流电作用下，阴极产生氢，并在酶的催化作用下使硝酸 盐氮还原，并率先提出了“电极生物反应器 、“电流促进和控制反硝化”的概 念。 电极生物膜法与单纯的生物膜法相比，其优点主要体现在利用电极上，既可 利用电极作为生物膜固定化载体，又可利用阴极微电解水释放出h 2 和阳极碳氧 化产生的c 0 2 为反硝化菌提供碳源和供氢体。碳阳极的氧化产物c 0 2 可中和反 硝化脱氮产生的o h ， 降低p h 值，减小氧化还原电位，增强厌氧环境，有利 于生物的脱氮反应。但是如何提高电极生物膜反应器的处理能力和抗干扰能力 有待深入研究。另一方面，生物处理过程中的产物可能对人类健康有一定影响。 生物反应的代谢产物，如内毒素、溶解性代谢产物，未完全分解的有机化合物 等进入水中，其中多数物质及其对人体健康的影响，所知甚少。 1 3 选题思路 地下水一直是重要的饮用水水源之一，在地表水水源受到普遍污染的今天， 对地下水的依存程度将继续增加。然而由于大量氮素化肥的施用，以及动物粪 便、生活污水和含氮工业废水的不合理处置，导致世界上许多国家的地下水受 到硝酸盐的污染，我国也不例外，并且有日益恶化的趋势。对受硝酸盐污染的 地下水的处理已迫在眉睫，以满足人们日益增长的需水量及对饮用水水质要求 第1 章引言 日益严格的需要。通过对以上去除硝酸盐的各种方法的比较，可以看出，由于 物化方法去除饮用水中的硝酸盐普遍所需费用过高，且去除不具有选择性，去 除不彻底，只是发生了硝酸盐污染物的转移和浓缩。在彻底消除地下水中硝酸 盐污染和降低脱硝成本的两个方面，生物反硝化方法都是目前已投入实用的最 好的方法，具有高效低耗特点，但生物方法仍有如下难以克服的缺点：会导致 出水中含有细菌和残留有机物，必须进行后续处理工艺才能保证饮用水质的安 全性；经济性仍不能令人满意；管理要求较高，不适合用于小型或分散给水处 理。与生物反硝化方法相比，化学反硝化方法反应速度快，对操作管理的要求 低，具有潜在的经济性和对小型或分散给水处理的适应性。尤其是化学催化反 硝化引起人们很大的兴趣。化学反硝化研究始于2 0 世纪8 0 年代末，由德国学 者v o r l o pk d 等人畔】最早提出的，在p d c u 双金属催化剂作用下，h 2 能将硝酸 盐还原成氮气或氨氮。在理论上，只要合理选用催化剂和控制反应条件，通过 化学催化反硝化完全可以将硝酸盐氮全部还原为氮气。但由于还原剂氢气的常 压下溶解度小，并且气压不易控制，使用安全性欠佳，在实际应用方面存在弊 端。近年来应用电化学催化反硝化法技术受到世界各国研究人员的关注，并成 为水处理技术研究领域的前沿课趔6 5 j 。 电化学科学是以研究如何加速电极上电催化反应速度、降低电极电位为研 究内容，与节能降耗密切相关，特别是在强电流电解过程中的节能，采用电催 化电极更是起了巨大的作用。而且，电化学水处理技术因其具有多功能性、高 度的灵活性、易于自动化、无二次污染等其他水处理技术无法比拟的优点，正 成为国内外水处理技术研究的热点课题。高效、稳定的电催化电极的研究、开 发是电催化科学研究的重要课题。 研究发现采用贵金属负载型催化剂可以去除地下水中的硝酸盐，可将硝酸盐 还原成氮气，氮同时也产生中间产物n 0 2 和n 吖- n ，而亚硝酸盐和氨氮在饮用 水中的限制条件更严，