CN105906045B - 一种基于肼硫协同生物作用去除水中硝酸盐的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，涉及一种基于肼硫协同生物作用去除水中硝酸盐的反应器。其中，肼、硫于所述反应器中协同联合为生化还原反应提供电子，所述反应器包括配水池、污水泵、加药箱、加药计量泵、流量计、固定床反应器、曝气池；所述配水池与所述污水泵、流量计、固定床反应器、曝气池通过管线依次连接；所述固定床反应器设有两个，二者通过管线串联。本发明充分发挥了肼、硫两者作为电子供体的优势，通过肼硫协同作用提供电子供体，将硝酸根还原为氮气和氢气，本发明操作简单，可应用于去除水体硝酸盐氮的工程实践中。

Description

一种基于肼硫协同生物作用去除水中硝酸盐的反应器

技术领域

本发明涉及水处理技术的应用领域，具体涉及一种基于肼硫协同生物作用去除水中硝酸盐的反应器。

背景技术

目前较成熟的脱硝工艺有物理法、生物法和化学还原法三种。物理法主要有吸附法、离子交换法和膜分离法，但只是发生了污染物的转移或浓缩，并没有对其进行彻底的转化。生物法可以彻底将硝酸盐转化成氮气，目前得到了广泛的应用，其原理是通过微生物的反硝化作用将硝酸盐氮还原为氮气，根据微生物所需碳源的不同分为异养反硝化和自养反硝化法。异养反硝化法反应速度快，反应时空效率高，但污泥增殖较为迅速，同时需要外加有机碳源，容易造成二次污染；自养反硝化利用硫磺或氢气等还原性物质为电子供体，在无机碳作为碳源的条件下将硝酸盐转化，细菌增殖较慢，反应产物较简单，易处理。但以硫磺为电子供体，会造成出水碱度下降，出水硫酸根浓度增加等问题，需补充石灰石调节碱度，但又会造成出水硬度增加。氢气作为最理想的电子供体，反应产物单一、清洁，但氢气存在着易燃易爆，不易运输，溶解度低等问题。肼作为电子供体，产物同样具有单一、清洁的优点，为解决硫作为电子供体时造成的出水碱度下降，出水硫酸根浓度增加等问题，本发明采用肼硫协同作用自养还原水中硝酸盐。

发明内容

发明目的：针对上述一般物理化学过程难以去除的硝酸盐，本发明提供了一种基于肼硫协同作用生物自养还原水中硝酸盐的反应器，克服了生物自养反硝化法的缺点，充分发挥了肼、硫两者的优势，通过肼硫协同作用作为电子供体，将硝酸根还原为氮气和氢气，并在反应器末端加设曝气池，将肼分解无害化，本发明操作简单，易于应用到去除水体硝酸盐氮的工程实践中。

本发明的技术原理是：水中的自养反硝化细菌利用水中的CO₂或HCO₃ ^-作为无机碳源，肼和硫联合作为电子供体，在缺氧条件下，硝酸盐作为反硝化菌呼吸链末端的电子受体而被还原为氮气，主要反应过程为NO₃ ^-→NO₂ ^-→NO→N₂O→N₂。在协同作用过程中，受污原水首先经过肼自养段进行还原，而后进入硫自养段进行硫自养还原反应；二者协同作用，严格控制肼的添加量，有效避免肼残余造成二次污染，同时调配异养段和自养段负荷比例，控制硫自养副产物的产生；此外，对最终出水加设曝气池用于水体富氧、残余肼的氧化分解。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

本发明所述的一种基于肼硫协同作用去除水中硝酸盐的反应器，肼、硫于所述反应器中协同作用为还原反应提供电子。所述反应器包括配水池、污水泵、流量计、固定床反应器、曝气池、加药箱、加药计量泵；所述配水池与所述污水泵、流量计、固定床反应器、曝气池通过管线依次连接，所述曝气池设在所述反应器末端用于将肼氧化分解。

所述配水池中含有硝酸盐的原水经污水泵依次通过肼、硫联合作用的两个固定床反应器，所述固定床反应器底部进水，顶部出水，之后再通过曝气池单元。肼的投加量/待处理硝酸盐（摩尔比）< 1.2；肼的添加设备包括加药箱、加药计量泵、管线，所述肼的添加设备严格密闭。

所述固定床反应器设有两个，通过管线进行串联，所述固定床反应器其中一个反应器通过加药计量泵打入定量的肼，另一个反应器内部添加硫介质。

肼、硫联合作用的两个固定床反应器联合作用可以为自养反硝化细菌提供电子供体，在缺氧条件下，硝酸盐作为反硝化菌呼吸链末端的电子受体被还原为氮气；所述反应器肼硫联合作用，补充了硫反应后所需碱度。

本发明提供的一种基于肼硫协同作用去除水中硝酸盐的反应器具有以下有益效果：

（1）本发明提出的一种基于肼硫协同作用去除水中硝酸盐的反应器，可以有效去除地下水、地表水和生活污水中的硝酸盐。

（2）本发明充分发挥了肼、硫两者的优势，通过肼硫协同作用作为电子供体，自养还原水中硝酸盐，并有效解决了硫单独作用时出水碱度下降的问题。

（3）本发明在反应器末端设有曝气池，可以将肼分解为氢气和氮气，实现无害化。

（4）本发明反应速度快，操作简单，易于应用到去除饮用水硝酸盐氮的工程实践中。

附图说明

图1为本发明的反应器示意图。

附图标记：

1为配水池，2为污水泵，3为流量计，4为固定床反应器Ⅰ，5为固定床反应器Ⅱ，6为曝气池，7为系统出水，8为加药箱，9为加药计量泵。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

在一个具体实施方案中，本发明的反应器示意图如附图1所示，该反应器包括配水池1、污水泵2、流量计3、固定床反应器、曝气池6、加药箱8以及加药计量泵9；所述固定床反应器设有两个，包括固定床反应器Ⅰ4和固定床反应器Ⅱ5，二者通过管线进行串联，所述固定床反应器Ⅰ4进水端口前部连接有加药计量泵9和加药箱8，固定床反应器Ⅱ5内部添加硫介质；所述配水池1与所述污水泵2、流量计3、固定床反应器Ⅰ4、固定床反应器Ⅱ5、曝气池6通过管线依次连接。

工作过程：将配水池1中含有硝酸盐的水，通过污水泵2打入到管线中，用流量计3控制进水水量，同时肼由加药计量泵9从加药箱8中泵入管道进行混合，肼的投加量/待处理硝酸盐（摩尔比）< 1.2，肼在管线中与进水充分混合后进入固定床反应器Ⅰ4，之后流经设有硫介质的固定床反应器Ⅱ5，固定床反应器底部进水，顶部出水，最后经过曝气池6无害化处理后排放系统出水7。

实施例

2个固定床反应器串联运行，固定床反应器Ⅰ内径18cm，柱高2.4m，填充高度0.95m，填充区有效容积15.6L，出水口高度为1.5m。固定床反应器Ⅱ内径18cm，柱高2.4m，填充高度0.5m，填充区有效容积8L，出水口高度为1.5m。进水NO₃ ^--N浓度设为10mg/L，肼加入量为6.45mg/L，总停留时间为3h，系统运行5h后，出水NO₃ ^--N 的去除率>95%。

与现有技术相比，本发明充分发挥了肼、硫两者的优势，通过肼硫协同作用作为电子供体，自养还原水中硝酸盐，并有效解决了硫单独作用时出水碱度下降的问题，可以有效去除地下水、地表水和生活污水中的硝酸盐。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于肼硫协同生物作用去除水中硝酸盐的反应器，其特征在于，肼、硫于所述反应器中协同作用为生化还原反应提供电子，所述反应器包括配水池、污水泵、流量计、固定床反应器、曝气池、加药箱、加药计量泵；所述配水池与所述污水泵、流量计、固定床反应器、曝气池通过管线依次连接，所述曝气池设在所述反应器末端用于将肼氧化分解；

所述固定床反应器设有两个，通过管线进行串联，所述固定床反应器其中一个反应器通过加药计量泵打入定量的肼，肼的投加量与待处理硝酸盐的摩尔比<1.2，另一个反应器内部添加单质硫介质。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，自养反硝化细菌利用水中的CO₂或HCO₃-作为无机碳源，肼和硫联合协同作用为其提供电子供体，在缺氧条件下，硝酸盐作为反硝化菌呼吸链末端的电子受体被还原为氮气；肼硫联合还原，肼还原产生碱度用于硫自养还原过程。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述配水池中含有硝酸盐的原水经污水泵依次通过肼、硫联合作用的两个固定床反应器，所述固定床反应器底部进水，顶部出水，之后再通过曝气池单元。