[发明专利]采用铁燃料电池原位修复地下水硝酸盐污染的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下水硝酸盐污染原位修复的方法，具体涉及一种在无生物参与的情况下，利用铁燃料电池提供的电子还原作用去除地下水硝酸盐氮的方法。

背景技术

地下水不仅是水文循环的一个重要组成部分，还是人类的一种重要淡水资源，甚至是许多人惟一的饮用水源，世界上可供人们使用的淡水68％是地下水，大约50％的人口以地下水为饮用水源。但由于生活污水和工业废水的排放和渗漏、农业化肥和农药的过量使用，而土壤具有较高矿物质溶解性及低持水性，使硝酸盐极易随雨水或农田灌溉而渗透到地下水中造成不可逆的硝酸盐污染，并且污染程度不断增加。由于饮用水中硝酸盐浓度过高，会诱发水体产生一些亚硝胺类的致癌物质，导致癌症、高铁血红蛋白症(又称蓝婴综合症)、淋巴瘤疾病，因此，开展地下水硝酸盐污染修复技术研究越来越受到关注。

目前，地下水硝酸盐污染修复常用的技术有物理去除法、化学还原法和生物脱氮法。物理去除法包括离子交换法、反渗透法、电渗析法、吸附法等，这些方法均可以有效地去除地下水中的硝酸盐，但对硝酸盐去除的选择性差，处理后产生的浓缩液需要进一步后处理，成本昂贵，且一般只能用于异位修复。化学还原去除技术主要是利用还原剂将硝酸盐氮还原去除，所使用的还原剂和催化剂含有重金属和有机污染物，不仅成本昂贵，而且极易造成二次污染。如公开号为CN101805065A、公开日为2010年8月18日的中国专利公开了一种 “一种修复地下水硝酸盐氮污染的方法”，其是采用分步液相还原法和磁选法制备并选出纳米Fe/Cu粒子，加入缺氧的硝酸盐溶液中，去除硝酸盐，该方法虽然修复地下水硝酸盐氮污染的效率较高，操作也较方便，但纳米Fe/Cu粒子的制作工艺复杂、成本高，反应后的重金属离子残留在地下水中会导致更为严重的地下水污染。生物反硝化脱氮技术是目前研究最多、最热的地下水硝酸盐污染原位修复技术方法，原位生物脱氮技术需向污染地下水中投加修复基质，如预处理后的棉花、麦草秸秆、锯末、废旧报纸，或单质硫、零价铁、醋酸盐、乙醇、蔗糖、淀粉、氢气和甲烷等，地下水硝酸盐污染原位生物修复技术的优点在于：无需将地下水抽出，节约能耗；受地下水中的其它杂质干扰较少；投资较低；装备较简单。其缺点在于：过程监测和污染修复效果评估困难；操作和控制难度大；易导致二次污染；微生物培养、驯化和维持过程复杂等。如公开号CN101492206、公开日为2009年7月29日的中国专利公开了一种“利用玉米秸秆原位修复地下水硝酸盐污染的方法”，其是在硝酸盐污染的地下水中，以玉米秸秆或/和玉米秸秆水解液作为反硝化碳源，添加富含反硝化细菌菌群的菌群富集液，通过生物反硝化去除地下水中的硝态氮”，该发明即可无害化利用秸秆，又能有效消除地下水硝酸盐污染。但由于秸秆含大量木质素、果胶、脂腊等难降解有机污染物，二次污染严重；需构筑渗透反应墙，工程造价高，后期维护难；需投加、培养和维持较高浓度的特效微生物，运行条件苛刻，工程可操作性差；微生物增殖缓慢，污染修复周期长；秸秆需通过湿式氧化、酸碱处理、蒸汽爆破等预处理，成本高；残留生物质极易造成地下水含水层堵塞等。

发明内容

本发明的目的是克服现有地下水硝酸盐污染修复技术的不足之处，提供一种无需微生物参与、不用投加有机碳源、处理效果好、成本低、操作控制和维护方便、无二次污染的采用铁燃料电池原位修复地下水硝酸盐污染的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明采用铁燃料电池原位修复地下水硝酸盐污染的方法的特点是：构建双室铁燃料电池，阳极置于充满pH缓冲液的阳极室内，以缺氧环境下受硝酸盐污染的地下含水层为阴极室，阴极置于阴极室内，阳极和阴极之间以导线相连接，导线中串联连接电阻，盐桥的两端分别浸于阳极室和阴极室的溶液中。

本发明采用铁燃料电池原位修复地下水硝酸盐污染的方法的特点也在于：

所述阳极是由多个钢丝球串连组成，悬挂于阳极室内。

所述阳极室置于地表、由非导电材料制作的圆柱形或方形容器，或为采用钢筋混凝土在地上、半地上或地下构建的水池。

所述阴极采用不锈钢丝网、丝团或薄板；或是以耐腐蚀且导电性能良好石墨板、石墨棒或碳布为材质。

所述阴极室或为充填有含硝酸盐溶液的密闭容器。

所述导线采用外包绝缘材料的铜导线或不锈钢导线，在导线与阳极和阴极的连接点处用绝缘漆涂覆。

所述电阻是阻值为100－1000Ω的电阻元件。

所述盐桥是采用由透明乙烯管装填热溶解的质量浓度为3%的磷酸盐溶液，经冷凝后切割为所需的长度。