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针对目前城市污水处理厂二级出水硝态氮含量较高的问题,本文重点对Pd-Cu催化剂协同零价铁(Fe0)的新型催化还原技术处理污水中硝态氮进行了深入研究。首先,分别对铁还原法及Pd催化剂协同Fe0处理水体中硝态氮的可行性进行了对比分析;其次,在此基础上对如何提高催化剂协同Fe0处理水体中硝态氮的催化效果进行了深入研究,并对催化剂的再生和再利用进行了探讨;最后,对该新型催化还原技术的反应机理、反应动力学模型分别进行了探索分析。本文的主要研究结论如下:铁还原法可以有效去除水体中的硝态氮,但反应后的副产物主要以氨氮为主,需进行再处理。而Fe0辅以Pd/Al2O3的新型催化还原法,在一定条件下,可将水体中的硝态氮大部分转化为氮气,有相对较好的可行性。向催化剂添加促进组分Cu能有效提升催化反应的催化效果;以Pd-Cu为催化剂活性组分,选取SiO2、γ-Al2O3、高岭土、硅胶、硅藻土、石墨烯等新型材料作为催化剂载体时,各催化剂催化效果依次为:Pd-Cu/石墨烯>Pd-Cu/γ-Al2O3>Pd-Cu/硅藻土>Pd-Cu/硅胶>Pd-Cu/高岭土>Pd-Cu/SiO2。其中,催化剂Pd-Cu/石墨烯的硝态氮去除率为80%,其氮气转化率为75%;当进水硝态氮浓度为20mg/L、25 ℃常温条件下,各催化剂的最佳运行参数为:Fe0投加量为5 g/L、Pd:Cu质量比为3:1、溶液pH为4.2、催化剂投加量为4g/L(Pd-Cu/石墨烯为3g/L)、反应时间为2h。污水中存在的盐离子对催化剂的催化效果有不同程度的影响。不同阳离子存在时,系统的硝态氮去除效果为:K+<Na+<Ca2+<Mg2+<Al3+。阴离子中,Cl-、SO42-对催化反应影响较小,而高浓度HCO3-、PO43-则会对催化反应造成一定的抑制作用;不同的温度、搅拌强度及水体中DO浓度也都会极大影响催化反应的催化效果;2 mol/L的HCl溶液对催化剂进行酸洗2 h能有效恢复催化剂的活性,利于催化剂的再生及再利用。催化反应中,Fe0以电子供体存在,催化剂主要起催化作用,其负载的Pd、Cu活性位是反应的主要场所。Pd在催化过程中发挥主要作用,Cu主要对Pd起协同作用;该催化还原反应符合Langmuir-Hinshelwood的一级动力学反应模型。当以Pd-Cu/石墨烯为催化剂时,其L-H线性方程为:y=247.1x+0.1398,R2=0.9975。反应速率常数k值为7.153,表观吸附常数K值为0.000566。