[發明專利]一種同步去除飲用水中重金屬和硝酸鹽的方法及其裝置

無效

• 申請號: 201010296116.6
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN101973666A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 黃斌;史奕;陳欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽應用生態研究所
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F101/20;C02F101/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及環境保護，具體的說是一種同步去除飲用水中重金屬和硝酸鹽的方法及其裝置。

背景技術

由于地質成因或礦業生產活動，中國一些地區的飲用水，特別是地下飲用水中的砷、鎘等重金屬常常超標。這些地區也會因為農業生產過量施氮、畜禽養殖廢水和城鎮生活污水處理不足等導致地下飲用水硝酸鹽超標嚴重。其結果是飲用水中的重金屬和硝酸鹽均超標，嚴重危害人們的身體健康。

活性炭對重金屬有一定的物理吸附能力。含鐵氧化物和錳氧化物的鐵錳砂石也可通過物理化學作用吸附沉淀鐵、錳、砷等重金屬。但鐵氧化物或錳氧化物的物理化學吸附能力受其微觀形態與結構影響，新生鐵氧化物和新生錳氧化物吸附重金屬的能力較高。KDF(銅鋅)合金和活性炭的組合已被用于去除飲用水中的重金屬。飲用水中的重金屬通過銅鋅的氧化還原作用轉化為易被活性炭吸附的形態而被去除。不過，這一過程會釋放銅和鋅，如果這些重金屬超標較為嚴重，又可能導致出水銅和鋅超標。

去除飲用水中硝酸鹽的方法有離子交換法、反滲透法、化學法、生物反硝化法等。其中離子交換，反滲透法，成本昂貴，處理后產生的廢水可造成二次污染。化學法，比如鐵粉還原法，反應速率不易控制，副產物(如氨)多。

生物反硝化法去除飲用水硝酸鹽一般需添加適量還原性物質作為電子供體。依據所用電子供體的不同，生物反硝化分為異養反硝化和自養反硝化。異養反硝化的電子供體既可是有機小分子，也可是生物可降解大分子(如棉花和碎木屑)。不過，依靠異養反硝化作用完全去除硝酸鹽并確保出水亞硝酸根不超標，以有機小分子為碳源的添加量一般要達到理論上完全去除硝酸鹽所需碳源量的120％以上，容易導致微生物過度生長和出水有機碳較高。同時，異養反硝化過程中產生堿度而需要添加無機酸來調控pH。生物可降解大分子一般做成通透性反硝化反應墻，用于地下水硝酸鹽的原位去除。

自養反硝化法主要采用單質硫或氫氣作為電子供體。當硝酸鹽的濃度較高(比如45mgN/L以上)時，單純依靠硫自養反硝化會導致出水pH下降，硫酸鹽含量增加明顯而超標。只要出水pH低于8.3，若用碳酸鈣去硫酸根除又可能導致鈣離子釋放而增加出水硬度。用氫氣作為自養源時，外源供氫安全管理要求高，一般采用電解方法供氫。不過，氫氣在水中溶解度小，氫氣利用率低。為了克服這一問題，通過調節外源電壓，把電子傳遞到電極上，讓生長在電極上的電化活性反硝化菌直接利用電子和水中的氫離子還原硝酸鹽(如專利公開號CN?101381128A)。為了彌補單一方法的不足，也可用復合處理方法，比如自養反硝化與電化反硝化的復合處理方法(如授權公告號CN?1162356C)，異養反硝化與電化反硝化的復合處理方法(如授權公告號CN?1170780C)。

發明內容

本發明目的在于提供一種同步去除飲用水中重金屬和硝酸鹽的方法及其處理裝置。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種同步去除飲用水中重金屬和硝酸鹽的方法：待處理原水中添加以甲酸為主的、以乙酸或乙醇為輔的小分子有機碳，添加量為異養反硝化作用完全去除原水中平均含量硝酸鹽所需碳源的80-90％；以甲酸為主的、以乙酸或乙醇為輔的小分子有機碳的添加使原水pH達到5-3.9；酸化后的原水在有氧條件下通過金屬去除柱，利用其中的填料去除重金屬；去除重金屬的原水進入反硝化反應柱，利用添加量不過剩的小分子有機碳作為碳源，通過異養反硝化作用去除原水中的大部分硝酸鹽，利用反硝化反應柱中的填料為電子供體源，通過自養反硝化作用去除原水中的殘余硝酸鹽；而后通過有氧循環過濾去除原水中其它殘留物質，即得到去除重金屬和硝酸鹽的飲用水。

所述金屬去除柱的填料層按石英砂與氧化鐵層、石英砂層、活性炭與硫化亞鐵層和石英砂層的順序重復多次鋪設而成；其中石英砂與氧化鐵層、石英砂層、活性炭與硫化亞鐵層和石英砂層的體積比為20-2∶1∶20-2∶1；所述石英砂與氧化鐵層，石英砂與氧化鐵的體積比為20-2∶1；所述活性炭與硫化亞鐵層，活性炭與硫化亞鐵的體積比為50-5∶1。

所述反硝化反應柱中的填料，上半部填料層為活性炭和硫化亞鐵，按體積比為50-5∶1；下半部填料層為活性炭和氧化鐵顆粒，按體積比為100-10∶1。