[发明专利]水纯化方法

说明书

本发明涉及一种将硝酸根离子从其水溶液中除去的水纯化方法，还涉及一种从水中如地下水或地表水中除去和消除硝酸根离子的方法。

近来化肥的广泛应用已导致水中硝酸根含量的升高。饮用水中超过50ppm水平就已经会关系到健康问题，如“蓝婴症候群”和可能导致胃癌。此外，硝酸根经常存在于废水中，以浓缩物的形式排入水系中；这种硝酸根排放被确定为水库中藻华(algal“bloom”)以及内陆水域和沿海水域富营养化的重要原因。硝酸根在环境中的广泛存在已导致立法限制在净化水和处理后的废水中硝酸根的允许含量。

目前通常通过离子交换或反渗透除去溶液中的硝酸根。

在离子交换方法中，含硝酸根的溶液(一般是硝酸根、硫酸根、氯化物和重碳酸根阴离子的含钙、镁和钠阳离子)通过含阴离子交换树脂的柱。当阴离子交换树脂充分吸附了硝酸根离子后，使用例如盐水溶液(氯化钠)使树脂再生。然后用盐水中的氯离子交换硝酸根离子，再将得到的硝酸钠和盐水混合物作为废物排放。

利用反渗透，当硝酸盐溶液通过膜，一般在20％溶液中大约90％的硝酸根(和其它)离子被膜保留。之后必须将得到的该保留了离子的浓缩溶液排出。

其他技术如生物脱氮也适用于从溶液中除去硝酸根离子。

与已知的除硝酸根技术相关的问题是较高浓度的硝酸根溶液的排放。此外，在离子交换的技术中，为了随后使用离子交换树脂，可能需要新鲜的再生溶液，结果导致高昂的运行成本。

利用电解作用除去硝酸根离子也是已知的。例如EP-A-291330描述了一种用于处理含硝酸根的地下水的方法，该方法包括用离子交换树脂接触水并用再生剂使树脂再生，其中对用过的再生剂进行电解。再生剂可包括例如重碳酸根、氯化物或硫酸根离子。电解在含阳极和阴极的电解槽中进行。每个电极的材料是镀铂的钛、镍、不锈钢、铜或石墨。放出的氮气易于通入空气中。

US-A-3542657描述了一种通过将硝酸根溶液通过电解槽将碱金属硝酸盐转化成碱金属氢氧化物的方法，其中在该电解槽的阳极和阴极之间施加直流电，由此在阳极产生氧气，在阴极产生碱金属氢氧化物。在阴极还产生氮气。优选使用双极电解槽，其中的阴极是铜、铅、锡、铁、银、镉、铂、钴、镍及其合金或它们在其他金属上的涂层。

本发明试图还提供一种使用电化学电解槽将硝酸根离子从其水溶液中除去的方法。

本发明提供一种将硝酸根离子从其水溶液中除去的方法，包括使该溶液通过一个电化学电解槽，该电解槽包括至少一个阳极和至少一个阴极并且其之间通有电流，其中的阴极表面包含铑金属。

已经令人惊讶地发现阴极表面含铑金属的电化学电解槽的电效率显著优于阴极表面含例如铂或镍的其他电解槽。

例如，已发现在常规的阳极和阴极均由涂覆了二氧化钌和二氧化钛的钛制成的双极电解槽中，消除重碳酸盐溶液中的硝酸根离子的电效率是大约40％，通过电解槽一次有大约12％的硝酸根离子被还原。在配备了镍制成的阳极和阴极的相同电解槽中，电效率是大约35％。然而，如果电解槽包括由涂覆了二氧化钌和二氧化钛的混合物的钛制成的阳极和由电镀铑的钛制成的阴极，电效率是大约49％，并且通过电解槽一次大约24％的硝酸根离子被还原。当然，精确值取决于电解槽的尺寸和操作条件。

本发明的方法可用于将硝酸根离子部分或全部地从其水溶液中除去。然而，优选该水溶液是由离子交换柱再生获得的。该离子交换柱可以是例如已用于纯化含硝酸根离子的水，特别是地下水或地表水。经离子交换柱处理过的溶液中可存在浓度为例如15-1000ppm，优选15-500ppm的硝酸根离子。被处理过的地下水或地表水可随后被用作饮用水。全球标准允许饮用水中的最大硝酸根含量一般限于50ppm(以硝酸根计)。

在电化学电解槽中被处理的硝酸根水溶液还可含其他阴离子，如氢氧离子、重碳酸根离子和氯离子。还可含阳离子，如氢离子、钠离子或钾离子。电化学电解槽本身是已知的，并公开于例如US-A-3542657中。然而，其阴极表面必须含铑金属。

例如阴极可仅由铑金属构成，尽管这是昂贵的。因此优选通过例如用电镀将铑金属镀覆于阴极基板上。理想的涂层厚度是0.1-0.75μm，例如0.5-0.75μm。

例如，阴极基板可包括一种金属如钛。考虑到铑的费用，阴极基板还可包含一层位于铑金属涂层之下的中间涂层以利于铑涂覆处理和降低铑的用量。因此，例如阴极基板可包含钛或涂覆二氧化钛、二氧化钌、二氧化铱和/或金的钛。许多阴极基板是可以商购到的。