一、反渗透
常用的反渗透膜有：醋酸纤维素膜、聚酰胺膜和复合膜。压力范围为2070～10350kPa。这些膜通常没有选择性。Guter利用醋酸纤维素膜反渗透体系除去硝酸盐，当进水硝酸盐浓度为18～25mg/L，连续运行1000h，硝酸盐去除率达65%。Clifford等研究了反渗透系统除硝酸盐，反渗透膜为聚酰胺膜和三醋酸纤维素膜。在进水中加入硫酸和六甲基磷酸钠可以防止膜结垢。结果表明：聚酰胺膜比三醋酸纤维素膜更有效。与离子交换和电渗析相比，反渗透系统成本较高。Rautenbach等利用复合膜反渗透系统进行了中试研究，操作压力为14Pa，处理能力为2m3/h。
二、催化脱氮
Horold等开发了一种从饮用水中去除亚硝酸盐和硝酸盐的方法。结果表明：在氢气存在下，Pd-Al合金可有效地使亚硝酸盐还原成氮气(98%)和氨。Pb(5%)-Cu(1.25%)-Al2O3催化剂在50分钟内可使初始浓度100mg/L的硝酸盐完全去除。催化剂对硝酸盐的去除能力达3.13mgNO3-/min•g催化剂。约为微生物脱氮活性的30倍。该方法可在温度为10ºC, pH值6～8条件下进行，过程易于自动控制，适用于小型水处理系统。该工艺目前尚处于研究阶段，许多因素，如动力学参数，催化剂的长期稳定性等需要进一步研究。
三、化学脱氮
在碱性pH条件下，通过化学方法可以将水中的硝酸盐还原成氨，反应方程式可表示为：
NO3- + 8Fe(OH)2+ 6H2O → NH3 +8 F(OH)3 + OH-
该反应在催化剂Cu的作用下进行，Fe/NO3-的比值为15:1, 该工艺会产生大量的铁污泥，并且形成的氨需要用气提法除去。Sorg研究过用亚铁化合物去除硝酸盐，结果表明，由于成本太高，此工艺难于实际应用。Murphy等人利用粉末铝去除硝酸盐，反应主要产物为氨，占60～95%，可以通过气提法除去。反应的最佳pH为10.25，反应方程式为：
3NO3- + 2Al + 3H2O → 3NO2- + 2Al(OH)3
NO2- + 2Al + 5H2O → 3NH3 + 2Al(OH)3 + OH-
2NO2- + 2Al + 4H2O → N2 + 2Al(OH)3 + 2OH-
在利用石灰作软化剂的水处理厂可有效地使用该工艺，因为利用石灰通常可使pH值升高到9.1或以上。因而，调节pH值所需的费用较低，铝同水的反应可表示为：
Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
当pH值为9.1～9.3时，由于上述反应导致的铝的损失量小于2%。实验结果表明，还原1g硝酸盐需要1.16g 铝。
四、电渗析
Miquel等开发了利用电渗析技术选择性除去硝酸盐的方法。该方法可使硝酸盐浓度从50mg/L降低到25mg/L以下，它不需要添加任何化学试剂。Rautenbach等研究了电渗析法除去硝酸盐，并与反渗透法进行了比较。他们认为将硝酸盐从100mg/L降低到50mg/L，两种方法的成本大致相当。
五、离子交换法
离子交换法去除硝酸盐的原理是：溶液中的NO3-通过与离子交换树脂上的Cl-或HCO3-发生交换而去除。树脂交换饱和后用NaCl或NaHCO3溶液再生。一般地，阴离子交换树脂对几种阴离子的选择性顺序为：
HCO3- ＜ Cl- ＜ NO3- ＜SO42-
因此，用常规的离子交换树脂处理含硫酸盐水中的硝酸盐是困难的。因为树脂几乎交换了水中的所有的硫酸盐后，才与水中的硝酸盐交换。也就是说，硫酸盐的存在会降低树脂对硝酸盐的去除能力。采用对硝酸盐有优先选择性的树脂可以较好地解决这个问题。这种树脂优先交换硝酸盐，对硝酸盐的交换容量不受水中硫酸盐的影响。
在树脂官能团NR3+中的N原子周围增加碳源子数目可以提高树脂对硝酸盐的选择性，这种类型的树脂对硝酸盐的选择性顺序依次为：
HCO3-＜Cl-＜SO42-＜NO3-
当树脂上NR3+中的氮原子周围的甲基变为乙基时，树脂对硝酸盐与硫酸盐的选择性系数KSN从100增加到1000。
六、生物脱氮
生物脱氮，又称生物反硝化，是指在缺氧条件下，微生物利用NO3-作为电子受体，进行无氧呼吸，氧化有机物，将硝酸盐还原为氮气的过程。可表示为：
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
自然界中存在许多微生物，如假单胞菌属、微球菌属、反硝化菌属、无色杆菌属、气杆菌属、产碱杆菌属、螺旋菌属、变形杆菌属、硫杆菌属等，能够在厌氧条件下生长，并还原NO3-成N2。在这个过程中NO3-或NO2-代替氧作为末端电子受体，并且产生ATP。当电子从供体转移到受体时，微生物获得能量，用于合成新的细胞物质和维持现有细胞的生命活动。
根据微生物生长的碳源不同，生物反硝化可分为异养反硝化和自养反硝化。
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