摘 要

近年来硝态氮污染对地下水造成的不良影响越来越严重，解决硝态氮污染刻不容缓，但硝态氮的治理方式种类繁多，且不同的方式方法适用的实际情形也有较大的差别。

本文对硝态氮去除中化学还原法的部分进行了系统性总结，对非催化条件下Fe、Al、Zn金属还原法和催化条件下双金属催化剂催化还原法、电催化还原法和光催化还原法几个方面现有文献开展研究，对其催化反应活性和氮气选择性两个维度进行横向评价，并综述了其可能的反应机理，得到了如下结论：

化学还原法中最具有发展潜力的方法是双金属催化剂催化还原法，该类方法整体而言反应速率快，氮气选择性较高。可以通过探究更为合适的金属催化剂、助催剂和载体材料类型、用量等对现有方法做进一步优化，灵活多变的催化剂和载体材料组合方式给在各种现实环境中的硝态氮污染治理提供了可能性。

关键词：硝酸盐去除；催化氧化还原；非催化氧化还原；

Abstract

In recent years, nitrate nitrogen pollution has caused more and more serious adverse effects on groundwater, so it is urgent to solve the nitrate nitrogen pollution, but there are many kinds of nitrate nitrogen treatment methods, and different methods are applicable to the actual situation has a big difference.

In this paper, the chemical reduction method is systematically summarized, and the reduction methods of Fe, Al, Zn under non-catalytic condition and bimetallic catalyst catalytic reduction methods, electrocatalytic reduction methods and photocatalytic reduction methods under catalytic conditions have been studied.The following conclusions have been obtained:

The most promising method is bimetallic catalyst catalytic reduction methods, which has a fast reaction rate and a high selectivity of nitrogen . The existing methods can be further optimized by exploring more suitable types and quantities of metal catalysts, cocatalyst and carrier materials.The flexible combination of catalyst and carrier materials provides the possibility of nitrate nitrogen pollution control in various realistic environments.

Key Words：nitrate removal；catalytic redox；non-catalytic redox；

目 录

第一章 绪论 1

1.1硝态氮的污染来源和危害 1

1.1.1硝态氮的污染现状 1

1.1.2硝态氮的污染来源 1

1.1.3硝态氮污染的危害 2

1.2硝态氮去除方法简述 2

1.2.1生物反硝化法 2

1.2.2物理化学法 3

1.2.3化学反应还原法 3

第二章 非催化条件下的化学还原法 5

2.1非催化条件下的硝态氮还原的可行性分析 5

2.2非催化条件下金属Fe还原剂还原去除硝态氮 6

2.3非催化条件下金属Al、Zn还原剂还原去除硝态氮 7

第三章 催化条件下的化学还原法 8

3.1双金属催化剂催还还原去除硝态氮 8

3.2电催化还原去除硝态氮 9

3.3光催化还原去除硝态氮 10

第四章 结论 11

参考文献 14

致谢 17

第一章 绪论

1.1硝态氮的污染来源和危害

1.1.1硝态氮的污染现状

随着人们对生活质量需求逐步提高，工业水平和规模随之逐渐提升，人类活动对自然界产生影响也越来越频繁，但由此却衍生出许多的环境问题，其中解决各种存在形式的氮污染是目前面临的严峻考验之一。由人类生产生活排放到外界中的各种存在形式的氮在自然环境中微生物的作用下大部分被转化为硝态氮，而几乎所有硝酸盐均是可溶的，这导致了其在水体或者土壤中快速迁移，造成大范围的硝酸盐污染^[1]。

我国是受硝态氮污染较为严重的国家之一，硝酸盐的含量是衡量地下水是否受污染的重要标志之一^[2]。有研究数据表明，在我国的华北平原，有12.2%的地下水资源受到不同程度的NO₂^--N、NO₃^--N和NH₄ -N的污染^[3]。在我国的松嫩平原，部分地区地下水中NO₃^--N的含量可以达到95.52 mg/L，超标率高达82.78%^[4]。地下水资源水量大、获取简单，世界范围内较多城市均以地下水作为重要的饮用水资源^[5]。综合以上我国的硝态氮污染现状，结合我国人口基数大的国情，这将涉及到相当数量的人口，故开发科学有效的、适用于不同水体环境的硝态氮去除技术刻不容缓。张胜^[6]等在河北平原进行了地下水中硝态氮修复实验，其结果表明去除率可以达到86.5%-98.8%，这说明大规模的硝态氮污染是可以控制的。

除我国之外，意大利、美国、法国和德国等国家均面临严重的硝态氮污染问题^[7]。

1.1.2硝态氮的污染来源

硝态氮的污染来源较为广泛，总体来说可以归类为点源污染和面源污染两类^[8]。

1. 点源污染

点源污染主要包括工业废水与污水处理厂排污、富氮生活污水排放和垃圾填埋场渗沥液等。工业废水以生产硝酸磷肥的工厂为例^[9]，以硝态氮为主的大量工业废水经过处理达标后再进行排放会大大增加工厂的生产成本，在一定程度上制约工厂的发展，且我国早期对工业生产废水中“三氮”对水环境的污染并未足够重视，未将其纳入相应的污染控制指标，这使得硝态氮极易在地表水和地下水中积累，造成严重的生态问题。在这样的背景下，工厂应探索适用于大量、较高浓度的硝态氮污水处理工艺与设备，并且保证工厂的运营成本和生产利润，这对工厂而言是很大的挑战。

除此之外，生活污水由于其量极其巨大，且受到不同城市或乡村污水处理厂污水处理设备和工艺条件的限制，导致生活污水也成为了硝态氮污染的重要源头之一。城市或乡村中的生活垃圾在填埋或者堆放的过程中，由于微生物的发酵和降解，也易产生大量的无机态氮，这些物质在雨水的冲刷下，形成渗沥液渗入地下水中，该污染源以铵态氮为主，相对而言硝态氮的含量较低，但通过长期的微生物作用，其他形式的氮也将最终转化为硝态氮^[10]。

1. 面源污染

面源污染主要包含化肥的滥用和大气污染物沉降两类。滥用氮肥会使得其中的氮除被微生物和农作物吸收、土壤固定外，剩余的部分硝态氮、铵态氮被雨水冲入地表水体或渗入地下水，造成水体污染和富营养化^[11]。近期研究发现^[12]，由于我国较高强度的氮氧化物排放，大气中的NO₂可通过多步反应生成含有硝酸盐的气溶胶颗粒物，沉降后可返回陆地水体循环中，特别是在我国的亚热带区域，该种情况显得尤为严重。