[實(shí)用新型]一種去除水中高氯酸鹽的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520741990.4
• 申請(qǐng)日: 2015-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN205035150U
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王帥鋒;吳敏;高乃云;朱延平;李碩;牛明星;賀曉光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/28
• 分類號(hào): C02F3/28;C02F3/34;C02F101/12
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于水處理用裝置的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種去除水中污染物的裝置。

背景技術(shù)

高氯酸鹽(ClO₄^-)是環(huán)境中的主要無機(jī)污染物之一，廣泛存在于地表水、地下水和土壤中，其高度的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的遷移性，使其成為環(huán)境污染治理的一大挑戰(zhàn)。環(huán)境中的高氯酸鹽主要來源于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和軍事，在這些領(lǐng)域中，高氯酸鹽主要作為化肥的原料、皮革加工、橡膠制造、涂料和潤(rùn)滑油生產(chǎn)等的添加劑以及火箭、導(dǎo)彈、焰火等的固體氧化劑。飲用水中的高氯酸鹽主要通過干擾甲狀腺對(duì)碘的利用，使甲狀腺激素的合成受到抑制，從而威脅人體健康。2009年，美國(guó)環(huán)保署(USEPA)建議將飲用水中的高氯酸鹽濃度標(biāo)準(zhǔn)定為15μg/L。需要指出的是，一些地下水、工業(yè)和軍事設(shè)施廢水中的ClO₄^-濃度很高，在160～3000mg/L之間，此外，采用離子交換樹脂處理含有高氯酸鹽污染物的飲用水時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生高濃度的高氯酸鹽洗脫液需要處理。因此，反應(yīng)器中具有高污泥濃度，從而增加厭氧處理負(fù)荷。

目前，高氯酸鹽的處理方法主要有物理法、化學(xué)還原法和生物法以及組合工藝。物理法不能將高氯酸鹽徹底降解，需要后續(xù)處理，而化學(xué)還原法需要苛刻的反應(yīng)條件才能保證較高的反應(yīng)速率。相比之下，利用高氯酸鹽還原菌(PRB)將ClO₄^-還原成Cl^-的生物還原方法是去除高氯酸鹽的一種廉價(jià)高效的處理技術(shù)，PRB還原ClO₄^-的過程為ClO₄^-→ClO₃^-→ClO₂^-→Cl^-+O₂。根據(jù)電子供體和碳源的不同，生物法處理高氯酸鹽可分為異養(yǎng)微生物還原和自養(yǎng)微生物還原，與異養(yǎng)微生物相比，自養(yǎng)微生物處理高氯酸鹽的過程能夠避免出水的“微生物污染”問題，同時(shí)產(chǎn)生的剩余污泥量較少。異養(yǎng)高氯酸鹽還原菌以有機(jī)物作為電子供體可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)高氯酸鹽的還原。但是，以有機(jī)物作為電子供體容易造成出水的“微生物污染”問題，同時(shí)出水中未被微生物利用的有機(jī)物易造成配水管網(wǎng)中微生物增殖，產(chǎn)生有害的氯消毒副產(chǎn)物。而以H₂作為電子供體自養(yǎng)高氯酸鹽還原菌的還原的效果也很好，但是氫氣在水中的溶解度低，并且存在易爆炸、存儲(chǔ)和運(yùn)輸困難的缺點(diǎn)。以硫作為電子供體還原高氯酸鹽的過程中，由于發(fā)生了如下反應(yīng)：

2.78S⁰+3.32H₂O+ClO₄^-+1.85CO₂+0.462HCO₃^-+0.462NH4⁺→5.69H⁺+2.87SO₄^2-+Cl^-+0.462C₅H₇O₂N

出水中會(huì)出現(xiàn)pH值偏低和SO₄^2-超標(biāo)的問題；如果添加CaCO₃調(diào)節(jié)pH值，又會(huì)出現(xiàn)出水硬度增大的問題。Fe⁰自養(yǎng)還原主要是指微生物利用無機(jī)碳(如碳酸氫鹽)作為生化反應(yīng)所需碳源，所需的電子供體指粉末Fe⁰。粉末Fe⁰不溶于水，且可以根據(jù)需要緩慢地釋放電子，易于維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用低，是一種經(jīng)濟(jì)高效的自養(yǎng)還原高氯酸鹽無機(jī)電子供體。此外，采用Fe⁰作為電子供體還原高氯酸鹽可以避免持續(xù)添加有機(jī)電子供體或氫氣，并且Fe⁰廉價(jià)易得，處理過程中不會(huì)產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)，避免了多余的有機(jī)物在水中造成二次污染，微生物增殖過快等問題。值得注意的是，反應(yīng)的高效性要求所用的零價(jià)鐵的還原活性很高，即鐵粉的粒徑要小，導(dǎo)致鐵粉比重較大，使用過程中容易產(chǎn)生團(tuán)聚，大大降低了鐵粉在反應(yīng)器中的電子傳遞效率，從而降低高氯酸鹽的還原速率。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種以電磁場(chǎng)控制下的零價(jià)鐵粉為電子供體微生物協(xié)同高效去除水中高氯酸鹽污染物的裝置，克服了以零價(jià)鐵粉為電子供體的自養(yǎng)還原高氯酸鹽現(xiàn)行技術(shù)存在的缺陷，將電磁場(chǎng)技術(shù)與此項(xiàng)技術(shù)結(jié)合，通過改變電流大小和方向來控制磁場(chǎng)，有效的改善了鐵粉在反應(yīng)器中的電子傳遞效率，避免投加有機(jī)碳源造成的二次污染。