源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，屬于給水處理方法領(lǐng)域。所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，包括以下步驟：將源水經(jīng)過(guò)濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆?；钚蕴颗c瓷珠作為濾料及生物膜載體的電解-生物濾床反應(yīng)器進(jìn)行電解、生物降解處理，處理后的水即為反硝化去除硝酸鹽的源水，為后續(xù)給水處理工藝創(chuàng)造有利條件。本發(fā)明非常有效地抑制反硝化過(guò)程中亞硝酸鹽氮的積累和生成，并可去除85％～95％亞硝酸鹽氮，對(duì)后續(xù)深度處理極為有利，如將本發(fā)明所述的方法同給水處理中的生物預(yù)處理(除有機(jī)物、硝化工藝等)結(jié)合起來(lái)，對(duì)提高源水水質(zhì)有積極意義。
【專利說(shuō)明】源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，屬于給水處理方法領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于大量工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)適當(dāng)處理而直接排入水體，使許多城鎮(zhèn)的給水 水源受到不同程度的污染。傳統(tǒng)的給水處理工藝（混凝一沉淀一砂濾一消毒）已不能滿足 飲用水安全衛(wèi)生要求。近年來(lái)，在常規(guī)給水工藝前增加生物預(yù)處理設(shè)施已成為自來(lái)水廠改 造的一種趨勢(shì)。目前所廣泛采用的各種生物預(yù)處理方法對(duì)水中的氨氮、有機(jī)物去除效果比 較理想，特別是在預(yù)處理源水過(guò)程中利用生物硝化作用高效地降低氨氮濃度的工藝日臻成 熟。但是，絕大多數(shù)工藝對(duì)由此而產(chǎn)生的硝酸鹽氮且沒采取任何措施。當(dāng)這種硝酸鹽氮含 量相對(duì)較高的源水進(jìn)行后續(xù)深度處理時(shí)，水中形成的缺氧環(huán)境易使硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為強(qiáng)致癌 的亞硝酸鹽氮，從而嚴(yán)重影響水廠出水水質(zhì)，損害人民身體健康。
[0003]目前，生物反硝化脫出硝酸鹽的方法，主要有以甲醇等易降解有機(jī)物為碳源的異 養(yǎng)生物反硝化法和以氫氣為基質(zhì)的自養(yǎng)生物反硝化法。源水中可利用的有機(jī)物含量相對(duì)較 低，外部投加甲醇等有機(jī)碳源很不經(jīng)濟(jì)且易造成二次污染。異養(yǎng)生物反硝化工藝的應(yīng)用受 到限制。而氫氣的溶解度低，并且氫氣為易燃易爆品，外源供氫的自養(yǎng)反硝化也遇到困難。
[0004] 因此，研究一種處理效果好、運(yùn)行簡(jiǎn)單、成本低的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方 法具有很高的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種處理效果好、運(yùn)行簡(jiǎn)單、成本低的源水反硝化去除硝酸鹽的 處理方法。
[0006] 本發(fā)明所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，包括以下步驟： 將源水經(jīng)過(guò)濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆?；钚蕴颗c瓷珠作為濾料 及生物膜載體的電解-生物濾床反應(yīng)器進(jìn)行電解、生物降解處理，處理后的水即為反硝化 去除硝酸鹽的源水，為后續(xù)給水處理工藝創(chuàng)造有利條件。
[0007] 優(yōu)選的，本發(fā)明所述的電解-生物濾床反應(yīng)器選用石墨和活性炭纖維材料為陽(yáng)極 和陰極。
[0008]更優(yōu)選的，本發(fā)明所述的電解電壓為4. 5V，電流密度為0. 05-0. 15mA/cm2,電解時(shí) 間為8h。
[0009] 進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明所述的生物濾床掛膜采用采用人工接種動(dòng)態(tài)掛膜法，即以 連續(xù)進(jìn)水，同時(shí)接通電源，電流密度為〇. 〇5mA/cm2,大約半個(gè)月后，該反應(yīng)器對(duì)硝酸鹽氮已 有55%的去除率，肉眼能觀測(cè)極板和濾料上有一層薄薄的土黃色生物膜，可認(rèn)為掛膜成功。
[0010] 本發(fā)明所述的處理方法，采用電解-生物濾床反應(yīng)器進(jìn)行反硝化處理。在反應(yīng)器 中，填充濾料在高梯度電場(chǎng)作用下感應(yīng)而復(fù)極化為復(fù)極性粒子，即在粒子一端發(fā)生陽(yáng)極反 應(yīng)，另一端發(fā)生陰極反應(yīng)。整個(gè)粒子形成一個(gè)立體電極，粒子之間構(gòu)成無(wú)數(shù)個(gè)微電解池，從 而形成"三維電極"，與二維電極相比，三維電極的面體比極大增加，且因粒子間距小，物質(zhì) 傳質(zhì)效果極大改善，因而具有較高的電流效率和單位時(shí)空產(chǎn)率。特別是以活性炭為填充材 料時(shí)，電解和活性炭吸附存在相互協(xié)同作用，有利于提高處理效果。以石墨為陽(yáng)極和以碳材 料為濾料介質(zhì)，在一定輸入電壓下使反應(yīng)器內(nèi)的陽(yáng)極反應(yīng)以碳的氧化為主，而不以析出氧 氣為主，從而在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物反硝化所需的缺氧及還原環(huán)境。此外，產(chǎn)生的C02可起到 緩沖pH作用，及做為自養(yǎng)反硝化菌的無(wú)機(jī)碳源。
[0011] 電解-生物濾床反應(yīng)器可高效利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣作為電子供體，進(jìn)行自 養(yǎng)反硝化。氫氣由膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散，這一傳質(zhì)方向的改變，減小了擴(kuò)散距離及擴(kuò)散阻力，從 而提高了氫氣的利用率及自養(yǎng)反硝化效率。
[0012] 與其他以氫氣為基質(zhì)的自養(yǎng)反硝化工藝不同的是，通過(guò)微電解產(chǎn)生的氫最初是以 原子形式吸附在濾料及電極上，因此可以直接用于還原硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，而無(wú)需像 外源供氫那樣需要經(jīng)過(guò)溶解-傳質(zhì)-吸附-解離成原子等一系列過(guò)程。氫氣由膜內(nèi)向膜外 擴(kuò)散，這一傳質(zhì)方向的改變，減小了擴(kuò)散距離及擴(kuò)散阻力，顯著提高氫氣的利用率及自養(yǎng)反 硝化效率。
[0013]生物反硝化對(duì)pH的影響比較敏感，其最適宜的pH在中性范圍（6. 8?7. 2)。以氫 氣為基質(zhì)的自養(yǎng)生物反硝化將使pH升高，因此生物反硝化通常都需要磷酸鹽等pH緩沖劑。 經(jīng)測(cè)定，本方法中所使用的電解-生物濾床反應(yīng)器的pH長(zhǎng)期穩(wěn)定在6. 5?7. 5范圍內(nèi)，說(shuō) 明反應(yīng)器自身具有緩沖pH的能力。
[0014] 經(jīng)試驗(yàn)表明，電解-生物濾床反應(yīng)器可以有效地控制水中亞硝酸鹽氮的濃度，其 亞硝酸鹽氮的去除率可高達(dá)85%-95%，反映出本反應(yīng)系統(tǒng)反硝化作用的徹底性，在這一點(diǎn) 上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)相同生物量不加電流時(shí)單純的生物濾床，體現(xiàn)出電場(chǎng)引入的優(yōu)勢(shì)；硝酸鹽氮去 除率也較高，可達(dá)60-80%，也高于不加電流時(shí)單純的生物濾床。電流密度越大，反硝化去除 亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的效率越高，電流強(qiáng)度密度為〇. 15mA/cm2比電流強(qiáng)度密度0. 05mA/ cm2,硝酸鹽氮去除率提高了近20%。這是因?yàn)樵陔娏鬏^小時(shí)，產(chǎn)氫速度小于反應(yīng)耗氫速度， 產(chǎn)氫反應(yīng)成為反應(yīng)的控制步驟，隨著電流密度增大，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)H2速率提高，從而提高了 自養(yǎng)反硝化脫氮效率。
[0015] 本發(fā)明所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，采用電解-生物濾床反應(yīng)器可 有效地用于源水預(yù)處理的反硝化環(huán)節(jié)，電場(chǎng)的引入可極大地提高反硝化效率及反硝化的徹 底性，從而有效降低源水中總的含氮量，也可以非常有效地抑制反硝化過(guò)程中亞硝酸鹽氮 的積累和生成，并可去除85%?95%亞硝酸鹽氮，對(duì)后續(xù)深度處理極為有利，如將本發(fā)明 所述的方法同給水處理中的生物預(yù)處理（除有機(jī)物、硝化工藝等）結(jié)合起來(lái)，對(duì)提高源水水 質(zhì)有積極意義。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例一： 將源水經(jīng)過(guò)濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆?；钚蕴颗c瓷珠作為濾 料及生物膜載體的電解-生物濾床反應(yīng)器，反應(yīng)器選用石墨和活性炭纖維材料為陽(yáng)極和陰 極，在電解電壓為4. 5V、電流密度為0. 05-0. 15mA/cm2下進(jìn)行電解、生物降解處理8h，處理 后的水即為反硝化去除硝酸鹽的源水，為后續(xù)給水處理工藝創(chuàng)造有利條件。
[0017] 生物濾床在正式使用之前須進(jìn)行掛膜處理，生物濾床掛膜采用采用人工接種動(dòng)態(tài) 掛膜法，即以連續(xù)進(jìn)水，同時(shí)接通電源，電流密度為0. 05mA/cm2,大約半個(gè)月后，該反應(yīng)器對(duì) 硝酸鹽氮已有55%的去除率，肉眼能觀測(cè)極板和濾料上有一層薄薄的土黃色生物膜，可認(rèn) 為掛膜成功。
[0018] 實(shí)施例二：處理效果 使用本發(fā)明所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，對(duì)某源水進(jìn)行處理，處理效果 如表-1所示。
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，包括以下步驟： 將源水經(jīng)過(guò)濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆粒活性炭與瓷珠作為濾料 及生物膜載體的電解-生物濾床反應(yīng)器進(jìn)行電解、生物降解處理，處理后的水即為反硝化 去除硝酸鹽的源水，為后續(xù)給水處理工藝創(chuàng)造有利條件。
2. 如權(quán)利要求1所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，其特征在于所述的電 解-生物濾床反應(yīng)器選用石墨和活性炭纖維材料為陽(yáng)極和陰極。
3. 如權(quán)利要求1所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，其特征在于所述的電解 電壓為4. 5V，電流密度為0. 05-0. 15mA/cm2,電解時(shí)間為8h。
4. 如權(quán)利要求1所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，其特征在于所述的生 物濾床掛膜采用采用人工接種動(dòng)態(tài)掛膜法，即以連續(xù)進(jìn)水，同時(shí)接通電源，電流密度為 0. 05mA/cm2,大約半個(gè)月后，該反應(yīng)器對(duì)硝酸鹽氮已有55%的去除率，肉眼能觀測(cè)極板和濾 料上有一層薄薄的土黃色生物膜，可認(rèn)為掛膜成功。
【文檔編號(hào)】C02F3/28GK104386810SQ201410537119
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】陸強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安華陸環(huán)保設(shè)備有限公司