CN101570356A - 一种去除地下水中硝酸盐的方法及反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除地下水中硝酸盐的方法和反应器。所述反应器16的壳体内设有布水板6、铁丝网6和PCL聚己内酯7，PCL聚己内酯7填充于布水板6和铁丝网9之间。本发明以一种水不溶性的固体物质PCL聚己内酯作为反硝化微生物的碳源，硝酸盐氮在PCL颗粒7的表面生物膜的作用下，利用PCL的降解产物作为碳源和电子供体，被还原为氮气，从而实现水中硝酸盐的彻底去除。具体反应方程式如下：6NO3 －+C6H10O2→3N2+6CO2+2H2O+6OH－。本发明的优点是，克服了传统生物脱氮工艺中碳源投加量不易控制的缺点，避免了碳源投加过量引起二次污染的风险，水处理质量高，工艺简单先进。
Description
技术领域
本发明设计一种去除地下水中硝酸盐的方法及反应器，属于水处理工艺与设备的应用技术领域。
背景技术
近年来，由于农业生产中化肥、农药的大量使用，以及污水灌溉、生活污水和工业废水的大量排放等原因，使地下水中硝酸盐浓度不断增加，这已成为世界范围内环境污染的突出问题。目前，在美国和欧洲，硝酸盐都是地下水的主要污染物。我国对118个大中城市的水质监测数据表明，地下水最普遍的水质问题是硬度和硝酸盐超标，其中76个城市的地下水受到硝酸盐的严重污染，大多数地区地下水中的硝酸盐浓度呈现出逐年增高的趋势。目前世界各国对生活饮用水中的硝酸盐浓度都作了明确规定，如美国和欧盟规定饮用水中硝酸盐氮的最大允许浓度分别为10mg/L和11.6mg/L，我国最新颁布施行的《生活饮用水标准》(GB5749-2006)也将其限值由原来的20mg/L调整为10mg/L。硝酸盐本身对人和动物危害不大，但在体内经硝酸盐还原菌的作用变成亚硝酸盐，从而对健康构成威胁，如引起婴幼儿的高铁血红蛋白症，以及“致癌、致畸、致突变”的三致作用。
目前水中硝酸盐氮的去除方法有物理化学法和生物反硝化法两大类。
物理化学法主要有离子交换法与膜分离法。离子交换工艺处理发展比较成熟，投资相对较低。其局限性主要表现在：再生液含盐量高，处理困难；选择性低，硫酸根等会对硝酸根产生竞争吸附。膜分离法主要包括反渗透与电渗析，其缺点是费用较高，对硝酸根缺乏选择性，产生的浓缩废盐水需进一步处理。
从彻底消除硝酸盐污染和降低脱硝成本两个方面看，生物反硝化方法都是目前实用的最好方法。生物反硝化是在缺氧/厌氧条件下，硝酸盐氮作为电子受体，被兼性菌还原为氮气的过程。此过程一般包括以下几个步骤：NO3 -→NO2 -→NO→N2O→N2。根据反硝化所需碳源不同，生物反硝化分为异养反硝化和自养反硝化。
自养反硝化不需要外界提供有机碳源，自养菌通过氧化氢气、还原性硫化物等获取能量，将环境中的二氧化碳、重碳酸盐等转化为细胞物质，与此同时进行反硝化。自养反硝化由于自养菌生长繁殖较慢，脱氮速率低，所需的反应器容积要求也比较大，成本也较高。因此，水务工作者更多地把注意力集中在异养反硝化的应用上。
异养反硝化需要有机物作为碳源，为反硝化作用的提供电子供体。传统的异养反硝化通常投加甲醇、乙醇、乙酸等可溶性碳源。虽然传统的异养反硝化工艺在投资和运行费用方面优于自养反硝化，但仍然存在外加液体碳源容易过量，进而影响出水水质的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术难题是克服上述常规异养反硝化存在的缺点和不足，提供一种新型异养反硝化的工艺和反应器。
本发明所采用的技术解决方案是：
反应器采用填充床模式，在反应器内填充PCL颗粒，采用上升式水流。反应器的壳体内设有布水板、铁丝网、反硝化微生物碳源，微生物碳源填充于布水板和铁丝网之间，其特征在于：所述微生物碳源为PCL聚己内酯。
本发明去除地下水中硝酸盐具体方法步骤如下：
(1)对反硝化微生物进行驯化；
(2)从实验室取样进行接种，对PCL进行挂膜；
(3)起动运行反应器；
(4)含有硝酸盐的原水进入反应器，水流经过PCL颗粒，PCL在微生物酶的作用下进行生物降解；
(5)硝酸盐氮在PCL颗粒7的表面生物膜的作用下，利用PCL的降解产物作为碳源和电子供体，被还原为氮气；
(6)氮气经过排气口排出反应器。
反应器驯化和运行的最佳温度为25～30℃。
PCL可以在微生物酶的作用下进行生物降解，反硝化微生物利用PCL的降解产物作为碳源和电子供体，还原硝酸盐氮为氮气，从而实现水中硝酸盐的彻底去除。具体反应方程式如下：
6NO3 -+C6H10O2→3N2+6CO2+2H2O+6OH-
本发明的特色和优点：克服传统生物脱氮工艺中碳源投加量不易控制的缺点，避免了碳源投加过量引起二次污染的风险。
处理后的水质如下表所示：
附图说明
附图为本发明反应器的结构示意图。
1-水箱；2-计量泵；3、4-阀门；5-反冲洗进水口；6-布水板；7-PCL颗粒；8-加热带；9-铁丝网；10出水口；11氮气排出口；12温度传感器；13pH电极；14溶解氧电极；15温控仪
具体实施方案
反应器16内设有布水板6、铁丝网9、PCL颗粒7和加热带8，PCL颗粒7填充于布水板6和铁丝网9之间，加热带8设于PCL颗粒7之间。PCL为聚己内酯，是一种水不溶性的固体物质，作为反硝化微生物的碳源。铁丝网9用于防止PCL颗粒随水流失。
在有效反应容积约为10L的反应器16内加入粒径0.3cm左右的PCL颗粒7作为碳源，填充高度为反应器16高度的三分之二。PCL颗粒7日本大赛路公司生产，分子量4万。
本发明去除地下水中硝酸盐的具体步骤为：
首先对反硝化微生物进行驯化。按常规方法从实验室的其他反硝化反应器中取样进行接种，对PCL进行挂膜。挂膜结束后，开始反应器16的正常运行。驯化和运行的最佳温度为25～30℃。可通过加热带8、温度传感器12及温控仪15进行温度控制。含有硝酸盐的原水从水箱1通过计量泵2、阀门3进入反应器16，通过计量泵2调节水的流速，保证一定的水力停留时间。水流从反应器16底部经布水板6到达PCL颗粒7，通过上端的出水口10排出反应器16，其中的硝酸盐氮在PCL颗粒7的表面生物膜的作用下，被还原为氮气，其氮气通过氮气排气口11排出。运行过程中不需要控制溶解氧和进行pH调节，可以实现完全好氧条件下的反硝化脱氮。反应器16的上端设有pH电极13，可在必要时对pH进行调节。当完成一个运行周期后，打开阀门4，通过反冲洗进水口5用自来水对反应器16进行反冲洗。
被处理原水为地下水，加入NaNO3调节NO3-N浓度为50mg/L，在下述条件下进行脱氮处理：
水力停留时间：3小时
温度：30℃
DO浓度：2mg/L
Claims (4)
1、一种去除地下水中硝酸盐的反应器，其反应器的壳体内设有布水板、铁丝网、反硝化微生物碳源，微生物碳源填充于布水板和铁丝网之间，其特征在于：所述微生物碳源为PCL聚己内酯。
2、一种去除地下水中硝酸盐的方法，其特征在于：
具体方法步骤如下：
(1)对反硝化微生物进行驯化；
(2)从实验室取样进行接种，对PCL进行挂膜；
(3)起动运行反应器；
(4)含有硝酸盐的原水进入反应器，水流经过PCL颗粒，PCL在微生物酶的作用下进行生物降解；
(5)硝酸盐氮在PCL颗粒7的表面生物膜的作用下，利用PCL的降解产物作为碳源和电子供体，被还原为氮气；
(6)氮气经过排气口排出反应器。
3、一种去除地下水中硝酸盐的方法，其特征在于：反应器驯化和运行的最佳温度为25～30℃。
4、一种去除地下水中硝酸盐的方法，其特征在于：去除水中硝酸盐的具体反应方程式为：
6NO3 -+C6H10O2→3N2+6CO2+2H2O+6OH-
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| CNA2008100250069A CN101570356A (zh) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | 一种去除地下水中硝酸盐的方法及反应器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102212259A (zh) * | 2011-05-04 | 2011-10-12 | 北京大学 | 淀粉和聚己内酯共混物及其制备方法和应用 |
| CN103910430A (zh) * | 2014-04-04 | 2014-07-09 | 江南大学 | 一种新型反硝化固体聚合物碳源及其应用 |
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2008
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091104 |