[發明專利]一種去除地下水中硝酸鹽的方法及反應器

無效

• 申請號: 200810025006.9
• 申請日: 2008-05-04
• 公開（公告）號: CN101570356A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 王旭明;韓正海
• 申請（專利權）人: 江蘇蘇鹽閥門機械有限公司
• 主分類號: C02F1/58
• 分類號: C02F1/58;C02F3/34
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 高玉珠

技術領域

本發明設計一種去除地下水中硝酸鹽的方法及反應器，屬于水處理工藝與設備的應用技術領域。

背景技術

近年來，由于農業生產中化肥、農藥的大量使用，以及污水灌溉、生活污水和工業廢水的大量排放等原因，使地下水中硝酸鹽濃度不斷增加，這已成為世界范圍內環境污染的突出問題。目前，在美國和歐洲，硝酸鹽都是地下水的主要污染物。我國對118個大中城市的水質監測數據表明，地下水最普遍的水質問題是硬度和硝酸鹽超標，其中76個城市的地下水受到硝酸鹽的嚴重污染，大多數地區地下水中的硝酸鹽濃度呈現出逐年增高的趨勢。目前世界各國對生活飲用水中的硝酸鹽濃度都作了明確規定，如美國和歐盟規定飲用水中硝酸鹽氮的最大允許濃度分別為10mg/L和11.6mg/L，我國最新頒布施行的《生活飲用水標準》(GB5749-2006)也將其限值由原來的20mg/L調整為10mg/L。硝酸鹽本身對人和動物危害不大，但在體內經硝酸鹽還原菌的作用變成亞硝酸鹽，從而對健康構成威脅，如引起嬰幼兒的高鐵血紅蛋白癥，以及“致癌、致畸、致突變”的三致作用。

目前水中硝酸鹽氮的去除方法有物理化學法和生物反硝化法兩大類。

物理化學法主要有離子交換法與膜分離法。離子交換工藝處理發展比較成熟，投資相對較低。其局限性主要表現在：再生液含鹽量高，處理困難；選擇性低，硫酸根等會對硝酸根產生競爭吸附。膜分離法主要包括反滲透與電滲析，其缺點是費用較高，對硝酸根缺乏選擇性，產生的濃縮廢鹽水需進一步處理。

從徹底消除硝酸鹽污染和降低脫硝成本兩個方面看，生物反硝化方法都是目前實用的最好方法。生物反硝化是在缺氧/厭氧條件下，硝酸鹽氮作為電子受體，被兼性菌還原為氮氣的過程。此過程一般包括以下幾個步驟：NO₃^-→NO₂^-→NO→N₂O→N₂。根據反硝化所需碳源不同，生物反硝化分為異養反硝化和自養反硝化。

自養反硝化不需要外界提供有機碳源，自養菌通過氧化氫氣、還原性硫化物等獲取能量，將環境中的二氧化碳、重碳酸鹽等轉化為細胞物質，與此同時進行反硝化。自養反硝化由于自養菌生長繁殖較慢，脫氮速率低，所需的反應器容積要求也比較大，成本也較高。因此，水務工作者更多地把注意力集中在異養反硝化的應用上。

異養反硝化需要有機物作為碳源，為反硝化作用的提供電子供體。傳統的異養反硝化通常投加甲醇、乙醇、乙酸等可溶性碳源。雖然傳統的異養反硝化工藝在投資和運行費用方面優于自養反硝化，但仍然存在外加液體碳源容易過量，進而影響出水水質的風險。

發明內容

本發明所要解決的技術難題是克服上述常規異養反硝化存在的缺點和不足，提供一種新型異養反硝化的工藝和反應器。

本發明所采用的技術解決方案是：

反應器采用填充床模式，在反應器內填充PCL顆粒，采用上升式水流。反應器的殼體內設有布水板、鐵絲網、反硝化微生物碳源，微生物碳源填充于布水板和鐵絲網之間，其特征在于：所述微生物碳源為PCL聚己內酯。

本發明去除地下水中硝酸鹽具體方法步驟如下：

(1)對反硝化微生物進行馴化；

(2)從實驗室取樣進行接種，對PCL進行掛膜；

(3)起動運行反應器；

(4)含有硝酸鹽的原水進入反應器，水流經過PCL顆粒，PCL在微生物酶的作用下進行生物降解；

(5)硝酸鹽氮在PCL顆粒7的表面生物膜的作用下，利用PCL的降解產物作為碳源和電子供體，被還原為氮氣；

(6)氮氣經過排氣口排出反應器。

反應器馴化和運行的最佳溫度為25～30℃。

PCL可以在微生物酶的作用下進行生物降解，反硝化微生物利用PCL的降解產物作為碳源和電子供體，還原硝酸鹽氮為氮氣，從而實現水中硝酸鹽的徹底去除。具體反應方程式如下：

6NO₃^-+C₆H₁₀O₂→3N₂+6CO₂+2H₂O+6OH^-

本發明的特色和優點：克服傳統生物脫氮工藝中碳源投加量不易控制的缺點，避免了碳源投加過量引起二次污染的風險。

處理后的水質如下表所示：

附圖說明

附圖為本發明反應器的結構示意圖。