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摘要:本次研究的主要内容是：利用活性炭的吸附性吸附水中的硝酸根离子，观察硝酸跟离子浓度、流速和吸附效率之间的关系。经过研究，一定浓度硝酸根离子水以不同的流速经过活性炭的充分吸收后，吸收效率随速度的增大而减小。本次研究的目的是探讨去除水中硝酸根离子的方法，为去除硝酸根离子设备的的研究提供一定的前提准备。
关键词:活性炭；硝酸根离子；吸附
Abstract: Using the adsorbability of activated carbon adsorbing nitric acid ions in water to explore the relationship between the concentration, velocity of nitric acid ions and the adsorption efficiency.After the study,when the nitric acid root ions water with certain concentration is adequately absorbed by activated carbon in different velocity, the absorption efficiency decreaseswith the speed increasing. The purpose of the present study is to research the method of removing nitric acid root ions in water, which provides certain premisefor the researching the equipment for removing nitric acid root ions.
Keywords: activated carbon; nitric acid root ions; adsorption
中圖分类号：P578.5 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
ABSTRACTThe main contents of the study are : the use of activated carbon adsorption adsorption of water nitrate, with the observation of nitrate ion concentration, flow rate and adsorption efficiency of the relations between them. After the study, a certain concentration of nitrate ions in different water flow through the fully activated carbon absorption, With the absorption efficiency of the speed increases. This study was designed to examine the removal of nitrate ions, for the removal of nitrate ions of the equipment provided certain preconditions preparations.
KEY WORDSactivated charcoal;nitrate radical ion;adsorption
0 前言：
本次研究采用圆柱性活性炭吸附一定含量的硝酸根离子水。因为这种活性炭比较普遍，价格比较便宜，处理工艺和操作都比较简单。通过本研究，可以了解活性炭的吸附性能和此方法的吸附效率与流速的关系，确定其实用性。
1 实验部分
1.1实验材料
主要仪器：棱光752N紫外分光光度计（上海光学仪器一厂）、双圈牌MP200A电子天平（石家庄市全力仪器有限公司）、TG-180活性炭吸附装置（上海同广科教仪器有限公司同济大学机电厂）等。
试剂：NaOH晶体、硝酸、1g/L硝酸盐氮溶液、圆柱形活性炭、盐酸、氨基磺酸铵。
1.2 实验原理及方法
1.2.1 实验原理硝酸根离子在波长220nm处有特殊吸收峰，可定量测定，最低检测浓度未0.25mg/L。常见的干扰物质有：有机物、浊度、三价铁、六价铬、亚硝酸盐、碳酸盐及重碳酸盐，有机物、浊度、三价铁、六价铬的干扰可以忽视。亚硝酸盐的干扰可加入胺磺酸铵消除，碳酸盐、碳酸氢盐干扰可加入盐酸消除。
标准曲线的绘制实验可以得出硝酸根离子浓度的计算公式，其他实验便可以根据所测得的硝酸根离子水的吸光度，利用此公式求得硝酸根离子的浓度。静态吸附实验可以确定活性炭对不同浓度的硝酸根离子水的最大吸附效率和活性炭的大概用量。
1.1.2实验方法
1.1.2.1 标准曲线的绘制实验
配制0.1g/L和1g/L的硝酸盐氮溶液。用预先配制好的硝酸盐氮含量为0.10g/L溶液配制浓度为0.25，0.50，1.00，1.50，2.00mg/L硝酸盐氮。测定吸光度：用纯水做参比，调零，然后在220nm波长下分别测得他们的吸光度。
1.1.2.2 静态吸附实验
用先配制的1g/L硝酸盐氮溶液配制成10、15、20、25、30mg/L的五组（每组5个250ml锥形瓶）硝酸盐氮溶液。在每组的5个锥形瓶中按顺序分别加入活性炭1、2、3、4、5g。经过两个小时的充分搅拌后，每个锥形瓶取10ml水样到50ml比色皿，用纯水稀释到刻度。以纯水为参比，用紫外分光光度计分别检测它们的分光度，记录数据。
1.1.2.3 动态吸附实验
图1 动态实验流程图
配制50g/L的氨基磺酸铵溶液及1mol/L的盐酸待用。以水样硝酸盐氮含量10mg/L 为例，用电子天平称取2.9118gNaOH于1L烧杯中，加自来水搅拌，再用移液管移取4.73ml硝酸到烧杯中，充分搅拌后倒入水箱。加自来水至水箱满。开水泵、阀门3，调节阀门4至流量计流量约为28.27L/h，在取样口1取原水水样，待排水口有水样流出且流量基本稳定后，开始在取样口2取样，每分钟取一个样共取十个。其他流量重复此操作。
将水样稀释5倍（硝酸盐氮含量25、30mg/L的水样稀释10倍）后滴加氨基磺酸铵溶液和盐酸溶液去除亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐干扰。摇匀，以纯水为参比用紫外分光光度计测分光度。
计算不同流量下的水样和原水样的实际硝酸盐氮含量和吸附率。
2结果及分析
2.1标准曲线的绘制
表1 硝酸盐氮浓度与吸光度
图2 标准曲线图
所以标准曲线方程为：y=3.1139x+0.0984（0 2.2静态吸附
按标准曲线方程计算浓度，得出下表：
表2 吸附效率与活性炭用量
虽然活性炭用量不够精确但是可以大概从结果看出即使硝酸盐氮含量为30ml/L活性炭的用量也不超过3g，即活性炭用量<12g/L水样。吸附效率在50%左右。
2.3动态吸附
(1)原水硝酸盐氮浓度为10ml/L的实验，实际测得浓度为10.321mg/L。按标准曲线方程计算出水的硝酸盐氮的平均浓度并得出表3，其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.317。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在50.86%以内此公式适用。
表3 硝酸盐氮含量与吸附效率
圖3 吸附效率与流速关系图
(2)原水硝酸盐氮浓度为15ml/L的实验，实际测得浓度为15.199mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0052。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在54.37%以内此公式适用。
(3)原水硝酸盐氮浓度为20ml/L的实验，实际测得浓度为19.509mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0518。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在45.46%以内此公式适用。
(4)原水硝酸盐氮浓度为25ml/L的实验，实际测得浓度为25.933mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0471。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在48.77%以内此公式适用。
(5)原水硝酸盐氮浓度为29.190ml/L的实验，实际测得浓度为15.199mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0351。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在46.05%以内此公式适用。
以第一组实验为例，以表示流速和吸附效率的关系的5个点画趋势线（图3），可以看出幂函数的趋势线是最接近的。其他几组实验也是幂函数公式是最接近实验值（图表略），所以可以把这些幂函数趋势线公式作为本实验一定原水硝酸根离子下吸附效率与流速之间关系的经验公式，通过这些公式就可以计算出在这个硝酸根离子浓度下的原水吸附时，任意速度的吸附效率。
按照理论，流速的增大流体的紊流度就会增大，紊流度增大吸附效率就会提高。但从图3中可以看出流速增大，吸附效率是降低的，可见影响吸附效率的主要是它们的接触时间，紊流度的影响很小可以忽略。在实验过程中，由于水泵的原因有时候流速会不稳定，导致测得的有些数据会偏高或偏低，虽然对结果有一定的影响，但综合来说影响不算太大。在实际应用时还要考虑到有机物、浊度、三价铁、六价铬、亚硝酸盐、碳酸盐及重碳酸盐对紫外分光光度发检测硝酸盐氮的影响，并消除它们的影响。
3结论
从动态吸附实验得知原水的流速与吸附效率之间的关系呈幂函数的关系，影响吸附效率的主要因素是流速，流速在0.002m/s之后吸附率变化越来越趋于平缓，也就是说如果要保证比较高的吸附效率和时间效率，流速在0.002m/s左右是最合适的。在流速为0.002m/s时吸附效率为20%左右，流速在0.001m/s时吸附效率为50%左右，所以可以根据实际需要调节流速来达到要求的硝酸盐出水含量。如果要进行关于吸附设备的研究，可以根据本研究的结论研究相关的设备。
对比其他的硝酸盐处理工艺，如离子交换，生物脱氮和反渗透，这三种方法是硝酸盐的去除效率比较高的常用方法。离子交换技术只适用于处理溶解性有机物较低的地下水，对于离子交换技术，最主要的问题是如何处理废再生剂，其中含NO3-、SO42-和NaCl。此外，出水易引起管道腐蚀。生物脱氮自动控制难，容易受低温影响，出水中存在微生物及残留有机物，对溶解氧敏感。反渗透和电渗析工艺能耗较大，运行费用高。而用活性炭吸附去除硝酸盐的优点是：材料少、活性炭可以循环利用、运行简单、设备简单、成本低、受周边条件影响小等。虽然吸附效率不算高，但对于一些工厂利用此方法可以把硝酸盐污水处理到达标排放，例如一些氮肥厂之类的，既可以满足环境的要求，又可以节省经济支出。
参考文献
[1]水质分析大全编写组.水质分析大全[M].重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1989. 157
[2]马巍，鲁丽君，刘莉.紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮[J].天津市：职业与健康，2002（9）.46
[3]王建龙.水和废水中硝酸盐的去除[Z].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:活性炭；硝酸根离子；吸附
Abstract: Using the adsorbability of activated carbon adsorbing nitric acid ions in water to explore the relationship between the concentration, velocity of nitric acid ions and the adsorption efficiency.After the study,when the nitric acid root ions water with certain concentration is adequately absorbed by activated carbon in different velocity, the absorption efficiency decreaseswith the speed increasing. The purpose of the present study is to research the method of removing nitric acid root ions in water, which provides certain premisefor the researching the equipment for removing nitric acid root ions.
Keywords: activated carbon; nitric acid root ions; adsorption
中圖分类号：P578.5 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
ABSTRACTThe main contents of the study are : the use of activated carbon adsorption adsorption of water nitrate, with the observation of nitrate ion concentration, flow rate and adsorption efficiency of the relations between them. After the study, a certain concentration of nitrate ions in different water flow through the fully activated carbon absorption, With the absorption efficiency of the speed increases. This study was designed to examine the removal of nitrate ions, for the removal of nitrate ions of the equipment provided certain preconditions preparations.
KEY WORDSactivated charcoal;nitrate radical ion;adsorption
0 前言：
本次研究采用圆柱性活性炭吸附一定含量的硝酸根离子水。因为这种活性炭比较普遍，价格比较便宜，处理工艺和操作都比较简单。通过本研究，可以了解活性炭的吸附性能和此方法的吸附效率与流速的关系，确定其实用性。
1 实验部分
1.1实验材料
主要仪器：棱光752N紫外分光光度计（上海光学仪器一厂）、双圈牌MP200A电子天平（石家庄市全力仪器有限公司）、TG-180活性炭吸附装置（上海同广科教仪器有限公司同济大学机电厂）等。
试剂：NaOH晶体、硝酸、1g/L硝酸盐氮溶液、圆柱形活性炭、盐酸、氨基磺酸铵。
1.2 实验原理及方法
1.2.1 实验原理硝酸根离子在波长220nm处有特殊吸收峰，可定量测定，最低检测浓度未0.25mg/L。常见的干扰物质有：有机物、浊度、三价铁、六价铬、亚硝酸盐、碳酸盐及重碳酸盐，有机物、浊度、三价铁、六价铬的干扰可以忽视。亚硝酸盐的干扰可加入胺磺酸铵消除，碳酸盐、碳酸氢盐干扰可加入盐酸消除。
标准曲线的绘制实验可以得出硝酸根离子浓度的计算公式，其他实验便可以根据所测得的硝酸根离子水的吸光度，利用此公式求得硝酸根离子的浓度。静态吸附实验可以确定活性炭对不同浓度的硝酸根离子水的最大吸附效率和活性炭的大概用量。
1.1.2实验方法
1.1.2.1 标准曲线的绘制实验
配制0.1g/L和1g/L的硝酸盐氮溶液。用预先配制好的硝酸盐氮含量为0.10g/L溶液配制浓度为0.25，0.50，1.00，1.50，2.00mg/L硝酸盐氮。测定吸光度：用纯水做参比，调零，然后在220nm波长下分别测得他们的吸光度。
1.1.2.2 静态吸附实验
用先配制的1g/L硝酸盐氮溶液配制成10、15、20、25、30mg/L的五组（每组5个250ml锥形瓶）硝酸盐氮溶液。在每组的5个锥形瓶中按顺序分别加入活性炭1、2、3、4、5g。经过两个小时的充分搅拌后，每个锥形瓶取10ml水样到50ml比色皿，用纯水稀释到刻度。以纯水为参比，用紫外分光光度计分别检测它们的分光度，记录数据。
1.1.2.3 动态吸附实验
图1 动态实验流程图
配制50g/L的氨基磺酸铵溶液及1mol/L的盐酸待用。以水样硝酸盐氮含量10mg/L 为例，用电子天平称取2.9118gNaOH于1L烧杯中，加自来水搅拌，再用移液管移取4.73ml硝酸到烧杯中，充分搅拌后倒入水箱。加自来水至水箱满。开水泵、阀门3，调节阀门4至流量计流量约为28.27L/h，在取样口1取原水水样，待排水口有水样流出且流量基本稳定后，开始在取样口2取样，每分钟取一个样共取十个。其他流量重复此操作。
将水样稀释5倍（硝酸盐氮含量25、30mg/L的水样稀释10倍）后滴加氨基磺酸铵溶液和盐酸溶液去除亚硝酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐干扰。摇匀，以纯水为参比用紫外分光光度计测分光度。
计算不同流量下的水样和原水样的实际硝酸盐氮含量和吸附率。
2结果及分析
2.1标准曲线的绘制
表1 硝酸盐氮浓度与吸光度
图2 标准曲线图
所以标准曲线方程为：y=3.1139x+0.0984（0
按标准曲线方程计算浓度，得出下表：
表2 吸附效率与活性炭用量
虽然活性炭用量不够精确但是可以大概从结果看出即使硝酸盐氮含量为30ml/L活性炭的用量也不超过3g，即活性炭用量<12g/L水样。吸附效率在50%左右。
2.3动态吸附
(1)原水硝酸盐氮浓度为10ml/L的实验，实际测得浓度为10.321mg/L。按标准曲线方程计算出水的硝酸盐氮的平均浓度并得出表3，其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.317。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在50.86%以内此公式适用。
表3 硝酸盐氮含量与吸附效率
圖3 吸附效率与流速关系图
(2)原水硝酸盐氮浓度为15ml/L的实验，实际测得浓度为15.199mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0052。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在54.37%以内此公式适用。
(3)原水硝酸盐氮浓度为20ml/L的实验，实际测得浓度为19.509mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0518。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在45.46%以内此公式适用。
(4)原水硝酸盐氮浓度为25ml/L的实验，实际测得浓度为25.933mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0471。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在48.77%以内此公式适用。
(5)原水硝酸盐氮浓度为29.190ml/L的实验，实际测得浓度为15.199mg/L。其吸附效率与流速之间的关系为：y=0.0351。根据静态吸附实验结果，吸附率y应该大概在46.05%以内此公式适用。
以第一组实验为例，以表示流速和吸附效率的关系的5个点画趋势线（图3），可以看出幂函数的趋势线是最接近的。其他几组实验也是幂函数公式是最接近实验值（图表略），所以可以把这些幂函数趋势线公式作为本实验一定原水硝酸根离子下吸附效率与流速之间关系的经验公式，通过这些公式就可以计算出在这个硝酸根离子浓度下的原水吸附时，任意速度的吸附效率。
按照理论，流速的增大流体的紊流度就会增大，紊流度增大吸附效率就会提高。但从图3中可以看出流速增大，吸附效率是降低的，可见影响吸附效率的主要是它们的接触时间，紊流度的影响很小可以忽略。在实验过程中，由于水泵的原因有时候流速会不稳定，导致测得的有些数据会偏高或偏低，虽然对结果有一定的影响，但综合来说影响不算太大。在实际应用时还要考虑到有机物、浊度、三价铁、六价铬、亚硝酸盐、碳酸盐及重碳酸盐对紫外分光光度发检测硝酸盐氮的影响，并消除它们的影响。
3结论
从动态吸附实验得知原水的流速与吸附效率之间的关系呈幂函数的关系，影响吸附效率的主要因素是流速，流速在0.002m/s之后吸附率变化越来越趋于平缓，也就是说如果要保证比较高的吸附效率和时间效率，流速在0.002m/s左右是最合适的。在流速为0.002m/s时吸附效率为20%左右，流速在0.001m/s时吸附效率为50%左右，所以可以根据实际需要调节流速来达到要求的硝酸盐出水含量。如果要进行关于吸附设备的研究，可以根据本研究的结论研究相关的设备。
对比其他的硝酸盐处理工艺，如离子交换，生物脱氮和反渗透，这三种方法是硝酸盐的去除效率比较高的常用方法。离子交换技术只适用于处理溶解性有机物较低的地下水，对于离子交换技术，最主要的问题是如何处理废再生剂，其中含NO3-、SO42-和NaCl。此外，出水易引起管道腐蚀。生物脱氮自动控制难，容易受低温影响，出水中存在微生物及残留有机物，对溶解氧敏感。反渗透和电渗析工艺能耗较大，运行费用高。而用活性炭吸附去除硝酸盐的优点是：材料少、活性炭可以循环利用、运行简单、设备简单、成本低、受周边条件影响小等。虽然吸附效率不算高，但对于一些工厂利用此方法可以把硝酸盐污水处理到达标排放，例如一些氮肥厂之类的，既可以满足环境的要求，又可以节省经济支出。
参考文献
[1]水质分析大全编写组.水质分析大全[M].重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1989. 157
[2]马巍，鲁丽君，刘莉.紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮[J].天津市：职业与健康，2002（9）.46
[3]王建龙.水和废水中硝酸盐的去除[Z].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。