Page 79 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 任 爽，等: 零价铁材料还原水中硝酸盐的研究进展 ·2013·

点。采用废铁屑作为原料，具有以废治废的意义， 参考文献：
符合中国“综合利用，化害为利”的基本方针。但 [1] BASTANI M, HARTER T. Source area management practices as
ZVI 材料应用于实际脱氮中面临着一些困境，需要 remediation tool to address groundwater nitrate pollution in drinking
supply wells[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2019, 226: 103521.
考虑以下几个方面：（1）酸碱度控制。反应体系需 [2] JIA L, LIU H, KONG Q, et al. Interactions of high-rate nitrate
要较低的 pH，而许多实际的废水是非酸性的，并且 reduction and heavy metal mitigation in iron-carbon-based constructed
wetlands for purifying contaminated groundwater[J]. Water Research,
由于反应过程中质子的大量消耗导致溶液 pH 升高， 2020, 169: 115285.
对 pH 进行调整会导致处理成本和处理难度的增大。 [3] WANG H S, FENG C P, DENG Y. Effect of potassium on nitrate
removal from groundwater in agricultural waste-based heterotrophic
如何在中性条件下增强 ZVI 对硝酸盐的去除效果在
denitrification system[J]. Science of the Total Environment, 2020,
实际应用中应予以考虑；（2）实际的水处理过程中， 703: 134830.
废水成分更加复杂且时有波动，ZVI 更容易钝化或 [4] LIN S (林珊), WEI H S (韦会松), LIU J J (刘俊菊). Analysis of
nitrate contamination status and causes in rural groundwater[J].
失去活性，如何稳定反应体系使其长时间保持高效 China Health Industry (中国卫生产业), 2019, 16(22): 154-155.
的反应速率，需要进一步的探索；（3）ZVI 投加量 [5] MOSAFERI M, EJLALI A, NAZARI J. The health aspects of urmia
county drinking water quality[J]. Depiction of Health, 2013, 4(2): 21-28.
较大时可能会产生聚积板结并沉降在水底，阻碍 [6] TANG T T, XING Q J, ZHANG S H, et al. High selective reduction
ZVI 与目标污染物的接触，这导致投加的 ZVI 大多 of nitrate into nitrogen by novel Fe-Cu/D407 composite with
excellent stability and activity[J]. Environmental Pollution, 2019, 252:
数不能被有效利用，实际处理效果偏低。为避免此
888-896.
类情况，可采用外加机械搅拌等方式保持 ZVI 颗粒 [7] LIU Y, WANG J L. Reduction of nitrate by zero valent iron (ZVI)-
与废水充分混合。（4）作为水处理材料，ZVI 使用 based materials: A review[J]. Science of the Total Environment,
2019, 671: 388-403.
后需从被污染水体中分离，这是一项具有挑战性的 [8] ZHANG H H, ZHAO Z F, LI S L, et al. Nitrogen removal by
任务。目前所使用的方法包括人工分离和磁分离回 mix-cultured aerobic denitrifying bacteria isolated by ultrasound:
Performance, co-occurrence pattern and wastewater treatment[J].
收法等，人工分离难度大、效率低，而磁分离回收 Chemical Engineering Journal, 2019, 372: 26-36.
法则面临较高的经济成本。提升 ZVI 材料的分散性 [9] WOODWARD E E, EDWARDS T M, GIVENS C E, et al. Widespread
use of the nitrification inhibitor nitrapyrin: Assessing benefits and costs to
可在一定程度上解决其分离问题，探究高效经济的
agriculture, ecosystems, and environmental health[J]. Environmental
分离技术有利于 ZVI 材料的进一步推广应用。（5）铁 Science &Technology, 2021, 55(3): 1345-1353.
的回收再利用也是值得关注的问题。反应过程中产 [10] ILBERT M, BONNEFOY V. Insight into the evolution of the iron
oxidation pathways[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-
生的 Fe（Ⅲ）矿物不仅能够吸附除磷，还可通过热 Bioenergetics, 2013, 1827(2): 161-175.
解过程制备具有优异电容和电导率的磁铁矿生物 [11] JOHNSON D B, KANAO T, HEDRICH S. Redox transformations of
iron at extremely low pH: Fundamental and applied aspects[J].
炭。但目前尚缺乏有效的回收手段，且经济性较低， Frontiers in Microbiology, 2012, 3: 96.
如何对其高效回收利用还需要进一步的研究。（6）ZVI [12] YUAN M J (袁梦姣), WANG X H (王晓慧), ZHAO F (赵芳), et al.
+
还原硝酸盐的主要还原产物 NH 4 是水处理过程中需 Research progress of zero-valent-iron microbial coupled system in
remediating contaminated groundwater[J]. China Environmental
要极力避免产生的物质，会对水体造成二次污染， Science (中国环境科学), 2021, 41(3): 1119-1131.
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但 NH 4 的高转化率对于生物可利用氮的回收是有 [13] ZHOU D, LI Y, ZHANG Y B, et al. Column test-based optimization
of the permeable reactive barrier (PRB) technique for remediating
利的。 groundwater contaminated by landfill leachates[J]. Journal of Contaminant
ZVI 材料在环境修复中具有显著的优势及发展 Hydrology, 2014, 168: 1-16.
[14] HOSSEINI S M, TOSCO T. Integrating NZVI and carbon substrates
前景。单独使用 ZVI 脱氮存在一定局限性，采用 ZVI in a non-pumping reactive wells array for the remediation of a nitrate
复合材料或 ZVI 耦合微生物工艺等可有效提高 ZVI contaminated aquifer[J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2015,
179: 182-195.
的性能以及反应过程中对 N 2 的选择性。今后应该致
[15] RODRÍGUEZ-MAROTO J, GARCÍA-HERRUZO F, GARCÍA-RUBIO
力于探究各种修饰方法对 ZVI 材料还原硝酸盐反应 A, et al. Kinetics of the chemical reduction of nitrate by zero-valent
过程和最终产物的影响，通过开发新的制备方法进 iron[J]. Chemosphere, 2009, 74(6): 804-809.
[16] ZHAO F, XIN J, YUAN M J, et al. A critical review of existing
一步优化 ZVI 复合材料的结构和组成。此外，生物 mechanisms and strategies to enhance N 2 selectivity in groundwater
法仍是中国处理含氮废水的主流工艺，ZVI 耦合微 nitrate reduction[J]. Water Research, 2022, 209: 117889.
[17] LING L, PAN B, ZHANG W X. Removal of selenium from water
生物工艺满足了传统生物反硝化技术电子供体的需 with nanoscale zero-valent iron: Mechanisms of intraparticle reduction
求，具有广阔的应用前景和研究潜力。目前，对于 of Se (Ⅳ)[J]. Water Research, 2015, 71: 274-281.
[18] LUO J H, SONG G Y, LIU J Y, et al. Mechanism of enhanced nitrate
ZVI 微生物耦合体系的硝酸盐去除机制缺乏统一的 reduction via micro-electrolysis at the powdered zero-valent iron/activated
认识，需要深入研究其脱氮原理以及参与反应的微 carbon interface[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2014,
435: 21-25.
生物及其代谢过程来帮助更好地从理论上对反应过
[19] PANG Y M, WANG J L. Various electron donors for biological
程进行指导，推动该工艺在实际工程中的应用。 nitrate removal: A review[J]. Science of the Total Environment, 2021,