[實用新型]一種去除地下水中硝酸鹽的污水處理裝置

有效

• 申請號: 201420064811.3
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN203683236U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 馮雪;李青云;林莉;趙鑫;曹小歡
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F1/28
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 楊宣仙

技術領域

本實用新型涉及環境保護中的地下水污染治理領域，具體是一種將凹凸棒石/納米鐵復合材料-微生物耦合體用于治理地下水硝酸鹽污染的污水處理裝置。

背景技術

地下水是我國水資源的重要組成部分，目前已經成為城市和工農業用水的主要水源，在干旱、半干旱地區，地下水是主要的、甚至是唯一的可用水源。全國660多個城市中，將地下水作為飲用水的城市有400多個，全國有近1/3人口飲用地下水。地下水硝酸鹽主要污染源有：化肥、農藥、居民生活污水和垃圾糞便的下滲、食品、皮革、造紙等工業廢水的排放、大氣氮氧化合物的干濕沉降、污水灌溉等。我國大部分地區地下水硝酸鹽濃度存在超標現象，并且有逐年增加的趨勢。

地下水中的硝酸鹽污染對人類健康的危害主要表現在以下幾個方面：（1）硝酸鹽在人體內經硝酸鹽還原酶作用生成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與血液中起傳送氧氣功能的血紅蛋白反應形成高鐵血紅蛋白，影響血液中氧的傳輸能力，當飲用水中硝酸鹽含量達到90～140mg/L時，會引發人體患高鐵血紅蛋白癥，嚴重則導致窒息死亡。（2）硝酸鹽和亞硝酸鹽在含氮有機化合物（胺、酰胺、尿素、氰胺等）作用下會形成具有化學穩定性的高度致癌、致畸、致突變物質亞硝基胺和亞硝基酰胺，誘發腸道、腦、神經系統、骨骼、皮膚、甲狀腺等腫瘤疾病。（3）高硝酸鹽水會引起作物的病蟲害并影響作物質量，對人體健康產生潛在威脅。

地下水中硝酸鹽污染的去除方法主要有物理化學修復法、生物反硝化法和化學反硝化法三大類。

利用物理化學修復技術去除地下水中硝酸鹽的方法主要有電滲析法、反滲透發、離子交換法等。但物理化學修復法主要是將硝酸鹽集中于介質或廢液中，起到了廢物轉移或濃縮的作用，沒有徹底的將硝酸鹽氮去除，同時產生高濃度再生廢液同樣需要處理，因此該法在應用上受到一定的限制。

化學反硝化法主要利用還原劑將硝酸鹽氮還原。根據還原劑的不同可以分為催化還原法和活潑金屬還原法。前者以氫氣、甲酸、甲醇等為還原劑，一般都必須有催化劑存在才能使反應進行；后者以鐵、鋁、鋅等金屬單質為還原劑還原去除硝酸鹽。催化方法去除硝酸鹽技術反應速度快，能適應不同反應條件，易于運行管理。然而催化方法去除硝酸鹽技術難點是催化劑的活性和選擇性的控制，當氫化作用不完全時會產生亞硝酸鹽，當氫化作用過強時則會生成NH₃、NH₄⁺等副產物，且難于應用于實際地下水原位修復中。活潑金屬還原法中，將零價鐵用于去除地下水中硝酸鹽的應用較多，但使用普通零價鐵去除水中硝酸鹽時，鐵粉用量較大，且反應需在低pH條件下方可獲得較高的去除效果。與普通鐵粉相比，納米鐵粒徑小，具有極高的比表面積和表面活性，并且可以直接注入受污染區域，因此在地下水原位修復方面表現出很大的潛在優勢和發展前景。但將納米零價鐵直接用于地下水硝酸鹽污染修復仍存在以下不足：（1）穩定性差，在環境中存在時間較短，容易被氧化甚至自燃，因此可操作性較差；（2）由于顆粒細小，在水環境中容易凝聚成團，進而減小反應的比表面積，降低催化作用和反應效果；（3）納米零價鐵在與硝酸鹽氮反應時，由于反應速率過快，沒有持續的還原劑，導致生成的產物大部分為氨氮，容易造成二次污染。

地下水硝酸鹽的生物修復技術包括異養型生物脫氮技術和自養型生物脫氮技術，是在人為作用下，強化自然界水體中的反硝化作用，將其還原為氣態氮化物和氮氣的過程。異養型生物脫氮技術需要添加甲醇、乙醇、葡萄糖、醋酸等有機物作為反硝化基質；自養型生物脫氮技術不需投加有機碳源，而是通過氧化氫氣、還原性硫化物等取得能量，并利用這些能量將環境中的二氧化碳、重碳酸鹽等轉化為細胞物質，同時進行反硝化作用，達到去除硝酸鹽的目的。總體而言，異養型生物反硝化技術需要添加必要的營養物質，如添加過量，可能會造成二次污染問題，且異養反硝化細菌生長較快，容易造成地下含水層堵塞、水中細菌含量增加等問題。相比于異養生物反硝化，以氫氣為基質的自養生物反硝化工藝有兩個顯著特點：（1）氫氣對水不會產生污染；（2）反硝化細菌生長較慢，出水可無須滅菌處理。但自養反硝化細菌需要持續的氫氣、還原性硫化物等物質作為電子供體。

凹凸棒石（Palygorskite）晶體直徑一般為20～50nm，是天然的納米材料，其內部具有發育的微孔孔道，因此有很大的外比表面積和內比表面積，具有較強的表面活性和吸附性能，是一種優良的水處理材料。