[發明專利]低碳高氮高硫水體硝酸鹽和硫酸鹽的同步去除裝置

有效

• 申請號: 202010836407.3
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111943365B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 盛彥清;唐琪
• 申請（專利權）人: 中國科學院煙臺海岸帶研究所
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F1/461;C02F101/16;C02F101/10
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 鄭瑤

本發明涉及環境工程水處理技術領域，具體涉及一種低碳高氮高硫水體硝酸鹽和硫酸鹽的同步去除裝置，采用升流式電極生物膜反應器，陽極為石墨棒，陰極為不銹鋼網，填充顆粒電極為顆粒活性炭，基于升流式三維電極生物膜反應器，經微生物掛膜與馴化。本發明利用電化學催化還原和生物還原的協同作用處理污染水體，實現低有機碳水體中硝酸鹽和硫酸鹽的共去除同步去除低碳水體中的硝酸鹽和硫酸鹽，處理效果顯著。

技術領域

本發明涉及環境工程水處理技術領域，具體涉及一種低碳高氮高硫水體硝酸鹽和硫酸鹽的同步去除裝置。

背景技術

近年來，由于過度施用氮肥、污水排放等人類活動，水體硝酸鹽污染日益嚴重。以華北平原為例，地下水硝酸鹽超過30mg/L的地區主要是人口密集的大中型城市，如北京、天津、石家莊、邢臺等。對農村飲用水源調查發現，飲用水水質狀況不容樂觀，超標主要污染物為硝酸鹽，總硬度，大腸桿菌等。就人類健康而言，在導致內源性亞硝化作用下攝入的硝酸鹽被世界衛生組織的國際癌癥研究機構列為2A類致癌物。對于水生生態系統，地表水中硝酸鹽的增加會導致水體富營養化。硫酸鹽是水體中一種與硝酸鹽共存的常見陰離子。地下水水質受地質因素影響明顯，某些地區水化學類型主要為硫酸鹽型。沿海地區受海水入侵的影響，某些地表中硫酸鹽含量也較高。在厭氧條件下，硫酸鹽的還原產物硫化物，具有腐蝕性和生物毒性，危害人類健康和生態環境安全。

然而，含有硝酸鹽和硫酸鹽污染的水體通常有機碳含量較低，此時使用廣泛應用的異養生物還原技術去除污染物需要投加碳源，不僅增加處理成本且極有可能造成水體二次污染。常規的反滲透和電滲析等化學處理方法操作簡便，但費用高且濃縮廢液難處理。三維電極生物膜反應器是一種將微生物生理學和電化學相結合的生物電化學反應器，在電解池的陰陽極之間填充導電粒子作為第三電極，在直流電源下，陰極產生氫氣和電子，陽極產生氧氣，以石墨棒作陽極時，陽極則優先產生二氧化碳。微生物附著在電極表面進行自養生物還原作用。該反應器適用于缺乏有機碳的水體處理，通過外加電流產生氫氣等無機電子供體，實現目標污染物的去除。

目前，已有研究利用三維電極生物膜反應器去除水體中的硝酸鹽，自養反硝化菌利用陰極產生的氫氣做電子供體進行反硝化，并取得理想的脫氮效果。據報道，少數硫酸鹽還原菌能夠以氫氣為電子供體，硫酸鹽為電子受體，在含有無機碳源的缺氧環境中生長。因此，在三維電極生物膜反應器的基礎上，開發一種適用于低有機碳水體中硝酸鹽和硫酸鹽共去除的方法，具有理論可行性和實際應用價值。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種低碳高氮高硫水體硝酸鹽和硫酸鹽的同步去除裝置及方法，基于升流式三維電極生物膜反應器，經微生物掛膜與馴化，利用電化學催化還原和生物還原的協同作用處理污染水體，實現低有機碳水體中硝酸鹽和硫酸鹽的共去除同步去除低碳水體中的硝酸鹽和硫酸鹽。

具體技術方案如下：

低碳高氮高硫水體硝酸鹽和硫酸鹽的同步去除裝置，采用三維電極生物膜反應器，反應器主體為圓柱形，底部鋪設礫石作為承托層；承托層之上放置均勻開孔的布水板；不銹鋼網作為陰極材料，采用石墨棒作為陽極材料，反應器主體內填充顆粒活性炭作為第三電極，陰陽極以同心圓方式布置，陽極石墨棒置于反應器正中間，陰極不銹鋼網圍繞反應器內壁鋪設，用導線將陰陽極分別與直流電源的負正極相連；頂部開設出水口，中部開設生物膜取樣口，底部連接反沖洗管，反應器外部纏繞加熱帶，保持反應溫度在30℃。

使用上述去除裝置，經過微生物掛膜與馴化，利用電化學催化還原和生物還原的協同作用處理污染水體，去除低有機碳水體中的硝酸鹽和硫酸鹽，具體步驟如下：

(1)顆粒活性炭在使用前，用稀硫酸溶液和去離子水清洗數次并置于烘箱中105℃烘干以去除雜質；