[發明專利]一種去除水中硝酸鹽氮的裝置及其使用方法

無效

• 申請號: 201410668293.0
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104355369A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 時文歆;張志強;張瑞君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/70;C02F1/58
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種去除水中硝酸鹽氮的裝置及其使用方法。

背景技術

隨著工農業生產的快速發展，含氮化肥的過量使用及工業廢水的排放，硝酸鹽已經成為地表水和地下水中常見的陰離子無機污染物之一。目前，我國很多城市及農村水源水中硝酸鹽氮含量大面積超標，而傳統的凈水工藝無法有效的去除水中的硝酸鹽。飲用水中的硝酸鹽進入人體后在消化系統的作用下會生成亞硝酸鹽進而進入血液，形成高鐵血紅蛋白，抑制氧傳遞，引起“藍嬰綜合癥”。此外，硝酸鹽氮還能引發非霍奇金淋巴瘤、胃癌等疾病。鑒于此，世界各國和衛生組織都對飲用水中的硝酸鹽氮含量做了明確的規定。歐盟和世界衛生組織飲用水衛生標準規定硝酸鹽氮含量為11.3mg/L，美國環境保護署規定此值為10mg/L；我國《生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)》中規定硝酸鹽氮不得超過10mg/L。

目前，硝酸鹽氮的去除技術主要包括物理化學處理、生物反硝化、化學還原、電化學還原及催化還原等。生物反硝化及物理化學等處理方式因其技術特點及經濟原因限制了其在凈水處理中的應用?；瘜W催化加氫反硝化被公認為是一種最有前景的脫氮工藝，但其需要提供H₂或甲酸等作為還原劑，其中采用H₂作為還原劑時需要運輸和儲存大量的外源氫氣，且催化加氫反應過程中H₂的利用率較低，而甲酸本身作為一種有機污染物質，應用到凈水處理中本身具有一定的風險性。電化學還原去除硝酸鹽氮具有裝置簡單，運行維護容易等優點，但該工藝存在反應產物選擇性低、電流效率低等缺點，限制了該工藝在硝酸鹽氮處理工程中的應用。

發明內容

本發明是要解決現有去除水中硝酸鹽氮的方法中電化學反硝化電流效率偏低、反應產物選擇性差及催化加氫需要外加H₂的問題，而提供一種去除水中硝酸鹽氮的裝置及其使用方法。

本發明一種去除水中硝酸鹽氮的裝置包括直流電源、pH值控制器、微量蠕動泵、微濾膜組件、進水泵、第一循環泵、出水泵、陰極室、陰極板、陽極板、陽極室、第二循環泵、質子交換膜和回流管；所述直流電源的正極連接有陽極板，所述陽極板設置在陽極室內，所述陽極室的中部設置有進水口并且與第二循環泵的出水口相連，所述陽極室的底部設置有出水口并且與第二循環泵的進水口相連；所述直流電源的負極連接有陰極板，所述陰極板設置在陰極室內，所述陰極室的上方設置有pH檢測探頭和酸液入管出口，所述pH檢測探頭與pH值控制器的信號輸入端相連，所述pH值控制器的信號輸出端與微量蠕動泵的電源受控端相連，所述微量蠕動泵的出水口與酸液入管相連；所述陰極室的中部設置有污水進口，所述污水進口通過進水管與進水泵的出水端相連；所述微濾膜組件的凈水進水口與所述第一循環泵的出水口相連，所述第一循環泵的進水口與所述陰極室底部的凈水出口相連；所述微濾膜組件的凈水出水口與所述出水泵的進口相連；所述微濾膜組件的回流管連接在進水管上；所述陰極室和陽極室之間設置有質子交換膜。

一種去除水中硝酸鹽氮的裝置的使用方法是按以下步驟進行：

一、開啟進水泵，向陰極室中通入污染水體，使陰極板在液面下后停進水泵，然后向陰極室中加入Pd-Cu/Al₂O₃催化劑，對陰極室進行密封，在所述陽極室內加入濃度為40mg/L～60mg/L的無機鹽溶液，使陽極板在液面下；所述污染水體中硝酸鹽氮的濃度為40mg/L～60mg/L，所述Pd-Cu/Al₂O₃催化劑的質量與污染水體的體積比為1g:1L；所述無機鹽溶液具有氧化性；

二、開啟第二循環泵進行水力攪拌，同時開啟第一循環泵，然后通過微量蠕動泵向陰極室加入濃度為0.1mol/L的鹽酸溶液來控制陰極室內的pH為5～6；

三、開啟直流電源，電流密度為8mA/cm²～12mA/cm²，反應50min～70min后，開啟進水泵和出水泵，從陰極室底部的凈水出口流出的水體一部分經過微濾膜組件過濾，得到凈水，凈水通過出水泵排出，另一部分含有催化劑的水體從微濾膜組件另一端的回流管回流到陰極室內，即完成對水中硝酸鹽氮的去除。

本發明原理：