CN101746926A - 一种去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺 - Google Patents

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王悦静
于恒
张优
杨丽娟
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Abstract

本发明涉及的是一种去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺，属于环保技术领域。硝酸盐从水流动池通过阴离子交换膜的唐南渗析过程进入外加营养盐源和有机碳源的厌氧生物反应池，在厌氧生物反硝化作用下硝酸盐被还原为氮气。本发明对饮用水中硝酸盐具有较好的去除效率，其中硝酸盐去除率高达98％以上，出水中亚硝酸氮低于0.01mg/L，并且无“二次污染”的问题。

Description

一种去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及的是一种去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺。
背景技术
随着工农业生产的迅速发展，硝酸盐已经成为饮用水水源中常见的阴离子微污染物。众所周知，如果饮用水中含有过多的硝酸盐，硝酸盐在人体内会被转化成具有“三致”作用的亚硝酸盐，并与血红蛋白结合导致高铁血红蛋白血症，严重时可导致人死亡。同时，饮用水中高含量硝酸盐也与糖尿病、高血压、甲状腺功能亢进之间有一定的联系。因此，我国最新颁布实行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定，饮用水中硝酸盐氮的含量不超过10mg/L。然而，我国城市给水处理厂采用的混凝→沉淀→过滤→消毒的常规处理工艺不能有效地去除饮用水中的硝酸盐。为了保障人们的饮用水安全，研究和开发一种饮用水中硝酸盐去除方法及工艺是非常有必要的。
目前，去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺主要有以下几种：①反渗透：利用外加反渗透压力使原水反向透过反渗透膜从而分离硝酸盐。该方法可有效地去除饮用水中的硝酸盐，具有较高的去除效率。但是，由于反渗透膜对对硝酸盐去除没有选择性，在去除硝酸盐的同时也去除了其它无机离子。反渗膜对进水水质要求比较高，必须对原水中悬浮物、有机物及部分矿化物有效处理后才能进水，处理产生的高浓度盐水排放前需要进一步的处理，大大增加了运行成本。②电渗析：利用外加电场力的作用使饮用水中的硝酸根通过阴离子交换膜到达相应的电极室，从而使原水中硝酸盐实现分离去除。本方法的特点是对硝酸盐没有选择性，不仅可以去除硝酸盐而且也去除了其它的阴离子。同时，电极室产生高浓度的硝酸盐和其它阴离子废水排放前需要进一步的处理，增加了运行成本。③离子交换法：利用离子交换树脂对阴离子的选择性交换去除饮用水中硝酸盐，该方法需要对树脂进行频繁再生，产生大量含有硝酸盐的再生废液需要进行二次处理，运行成本较高，限制了其广泛应用；④活泼金属还原法：利用活泼金属的还原性能将饮用水中的硝酸盐进行还原，常用的金属还原剂有铁粉和铝粉。该方法的特点是反应速度非常快，对环境温度没有特殊的要求，然而对反应体系pH要求非常严格，且难将硝酸盐完全转化为无害物质，同时存在金属还原剂导致的“二次污染”问题；⑤金属催化还原硝酸盐：以氢气、甲酸、甲醇等为还原剂，以金属为催化剂进行的脱硝反应。该方法存在传质效率低，金属催化剂引入“二次污染”等问题；⑥生物反硝化：在厌氧或缺氧条件下，将有机碳源作为电子供体，硝酸盐作为电子受体，利用反硝化菌体内的一系列生物酶将硝酸盐还原为一氧化氮、一氧化二氮和无害的氮气的过程。该方法对水质无特殊要求，能彻底还原水中硝酸盐，已经被广泛应用于水处理领域。但是，由于待处理饮用水与厌氧微生物直接接触进行生物还原反应，添加的未被微生物利用的有机物质会造成饮用水的“二次污染”。同时，微生物产生的代谢产物(如溶解性微生物产物和胞外多聚物中蛋白质和多糖)易造成饮用水的“微生物污染”问题。
发明内容
针对现有去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺中存在的缺点，本发明提供一种新的去除饮用水中硝酸盐的方法及工艺。
本发明的方法和工艺是通过阴离子交换膜将水流动池中待处理饮用水和厌氧生物反应池中厌氧微生物隔开，实现唐南渗析过程与厌氧生物反硝化过程相结合，其工作原理如下：受硝酸盐污染的原水在水流动池中，硝酸盐通过阴离子交换膜唐南渗析过程进入到外加有机碳源和营养盐的厌氧生物反应池，反硝化微生物利用外加碳源作为电子供体，将硝酸盐还原为氮气，从而实现饮用水中硝酸盐的彻底去除。
本发明的优点是，在实现反硝化脱氮的基础上，解决了生物法去除饮用水中硝酸盐存在的“二次污染”和“微生物污染”问题。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
其中，1-原水池；2-进水泵；3-水流动池；4-阴离子交换膜；5-污泥循环通道；6-污泥循环泵；7-厌氧生物反应器(UASB或ABR)；8-搅拌装置；9-排气管；10-计量泵；11-有机碳源供给池；12-计量泵；13-营养盐供给池。
具体实施方式
本发明采用技术方案的实施包括以下步骤：
1、取城市污水处理厂消化反应池的厌氧污泥，将其加入到含有较高浓度硝酸盐原水的批量培养装置中，通过添加一定浓度的有机碳源和营养盐，对反硝化微生物进行驯化富集。在培养和驯化过程中，定时监测批量培养装置中硝酸盐浓度和有机物浓度变化，待反硝化效果稳定后，驯化结束。
2、如图1，本发明先将驯化好的反硝化污泥加入到厌氧生物反应池7中，开始工艺的正常运行。含有硝酸盐的原水从原水池1通过进水泵2进入水流动池3。水流动池中的硝酸盐通过阴离子交换膜4进入到污泥循环通道5，通过污泥循环泵6进入到厌氧生物反应池(UASB或ABR)7中，通过搅拌装置8与厌氧污泥充分接触发生反硝化反应，产生的氮气通过排气管9排出。同时，计量泵10定时将充足的有机物(甲醇或乙醇或生活污水)从有机碳源供给池11加入厌氧生物反应池7中，计量泵12定时将营养盐从营养盐供给池13加入到厌氧生物反应池。
以下面所述实施例对本发明进一步说明。
所采用原水中硝酸盐氮浓度为38.93mg/L，水流动池和厌氧生物反应池的有效容积分别为126mL，阴离子交换膜的有效面积为84cm2，营养盐和有机物采用间歇方式添加，添加次数为每天5次，每次持续时间为2min，添加量为2.5mL/min。水流动池中水停留时间分别为2.8h和4.82h。经过图1所示工艺处理后水质如表1所示。
表1实施例处理前后的水质变化
  水力停留时间(h)   2.8   4.82
  处理前硝酸盐氮浓度(mg/L)   38.93   38.93
  处理后硝酸盐氮浓度(mg/L)   0.74   0.26
  硝酸盐氮去除率(％)   98.43   99.33

Claims (6)

1.一种去除饮用水中硝酸盐的方法，其特征在于，将阴离子交换膜的唐南渗析过程与外加碳源的厌氧生物反硝化过程相结合。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，厌氧生物反硝化是通过加入甲醇、乙醇或生活污水作为反硝化碳源。
3.按照权利要求1所述的方法，其中，饮用水中硝酸盐通过阴离子交换膜通过唐南渗析过程进入生物反应池的反向驱动离子采用氯离子。
4.一种去除饮用水中硝酸盐的工艺，其特征在于，它主要由原水池、进水泵、水流动池、阴离子交换膜、污泥循环通道、污泥循环泵、厌氧生物反应器、搅拌装置、排气管、有机碳源供给池和营养盐池等组成。
5.按照权利要求4所述的工艺，其特征在于，水流动池水流方向与厌氧生物反应池的污泥回流方向为同向或异向。
6.按照权利要求4所述的工艺，其特征在于，厌氧生物反应池的类型为上流式厌氧生物反应器(UASB)或折流式厌氧生物反应器(ABR)。
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