源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法
【專利摘要】本發明涉及一種源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，屬于給水處理方法領域。所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，包括以下步驟：將源水經過濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆粒活性炭與瓷珠作為濾料及生物膜載體的電解-生物濾床反應器進行電解、生物降解處理，處理后的水即為反硝化去除硝酸鹽的源水，為后續給水處理工藝創造有利條件。本發明非常有效地抑制反硝化過程中亞硝酸鹽氮的積累和生成，并可去除85％～95％亞硝酸鹽氮，對后續深度處理極為有利，如將本發明所述的方法同給水處理中的生物預處理(除有機物、硝化工藝等)結合起來，對提高源水水質有積極意義。
【專利說明】源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，屬于給水處理方法領域。
【背景技術】
[0002] 由于大量工業廢水和生活污水未經適當處理而直接排入水體，使許多城鎮的給水 水源受到不同程度的污染。傳統的給水處理工藝（混凝一沉淀一砂濾一消毒）已不能滿足 飲用水安全衛生要求。近年來，在常規給水工藝前增加生物預處理設施已成為自來水廠改 造的一種趨勢。目前所廣泛采用的各種生物預處理方法對水中的氨氮、有機物去除效果比 較理想，特別是在預處理源水過程中利用生物硝化作用高效地降低氨氮濃度的工藝日臻成 熟。但是，絕大多數工藝對由此而產生的硝酸鹽氮且沒采取任何措施。當這種硝酸鹽氮含 量相對較高的源水進行后續深度處理時，水中形成的缺氧環境易使硝酸鹽氮轉化為強致癌 的亞硝酸鹽氮，從而嚴重影響水廠出水水質，損害人民身體健康。
[0003]目前，生物反硝化脫出硝酸鹽的方法，主要有以甲醇等易降解有機物為碳源的異 養生物反硝化法和以氫氣為基質的自養生物反硝化法。源水中可利用的有機物含量相對較 低，外部投加甲醇等有機碳源很不經濟且易造成二次污染。異養生物反硝化工藝的應用受 到限制。而氫氣的溶解度低，并且氫氣為易燃易爆品，外源供氫的自養反硝化也遇到困難。
[0004] 因此，研究一種處理效果好、運行簡單、成本低的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方 法具有很高的經濟與環境效益。
【發明內容】
[0005] 本發明旨在提供一種處理效果好、運行簡單、成本低的源水反硝化去除硝酸鹽的 處理方法。
[0006] 本發明所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，包括以下步驟： 將源水經過濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆粒活性炭與瓷珠作為濾料 及生物膜載體的電解-生物濾床反應器進行電解、生物降解處理，處理后的水即為反硝化 去除硝酸鹽的源水，為后續給水處理工藝創造有利條件。
[0007] 優選的，本發明所述的電解-生物濾床反應器選用石墨和活性炭纖維材料為陽極 和陰極。
[0008]更優選的，本發明所述的電解電壓為4. 5V，電流密度為0. 05-0. 15mA/cm2,電解時 間為8h。
[0009] 進一步優選的，本發明所述的生物濾床掛膜采用采用人工接種動態掛膜法，即以 連續進水，同時接通電源，電流密度為〇. 〇5mA/cm2,大約半個月后，該反應器對硝酸鹽氮已 有55%的去除率，肉眼能觀測極板和濾料上有一層薄薄的土黃色生物膜，可認為掛膜成功。
[0010] 本發明所述的處理方法，采用電解-生物濾床反應器進行反硝化處理。在反應器 中，填充濾料在高梯度電場作用下感應而復極化為復極性粒子，即在粒子一端發生陽極反 應，另一端發生陰極反應。整個粒子形成一個立體電極，粒子之間構成無數個微電解池，從 而形成"三維電極"，與二維電極相比，三維電極的面體比極大增加，且因粒子間距小，物質 傳質效果極大改善，因而具有較高的電流效率和單位時空產率。特別是以活性炭為填充材 料時，電解和活性炭吸附存在相互協同作用，有利于提高處理效果。以石墨為陽極和以碳材 料為濾料介質，在一定輸入電壓下使反應器內的陽極反應以碳的氧化為主，而不以析出氧 氣為主，從而在反應器內實現生物反硝化所需的缺氧及還原環境。此外，產生的C02可起到 緩沖pH作用，及做為自養反硝化菌的無機碳源。
[0011] 電解-生物濾床反應器可高效利用電化學反應產生的氫氣作為電子供體，進行自 養反硝化。氫氣由膜內向膜外擴散，這一傳質方向的改變，減小了擴散距離及擴散阻力，從 而提高了氫氣的利用率及自養反硝化效率。
[0012] 與其他以氫氣為基質的自養反硝化工藝不同的是，通過微電解產生的氫最初是以 原子形式吸附在濾料及電極上，因此可以直接用于還原硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，而無需像 外源供氫那樣需要經過溶解-傳質-吸附-解離成原子等一系列過程。氫氣由膜內向膜外 擴散，這一傳質方向的改變，減小了擴散距離及擴散阻力，顯著提高氫氣的利用率及自養反 硝化效率。
[0013]生物反硝化對pH的影響比較敏感，其最適宜的pH在中性范圍（6. 8?7. 2)。以氫 氣為基質的自養生物反硝化將使pH升高，因此生物反硝化通常都需要磷酸鹽等pH緩沖劑。 經測定，本方法中所使用的電解-生物濾床反應器的pH長期穩定在6. 5?7. 5范圍內，說 明反應器自身具有緩沖pH的能力。
[0014] 經試驗表明，電解-生物濾床反應器可以有效地控制水中亞硝酸鹽氮的濃度，其 亞硝酸鹽氮的去除率可高達85%-95%，反映出本反應系統反硝化作用的徹底性，在這一點 上，遠遠勝過相同生物量不加電流時單純的生物濾床，體現出電場引入的優勢；硝酸鹽氮去 除率也較高，可達60-80%，也高于不加電流時單純的生物濾床。電流密度越大，反硝化去除 亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的效率越高，電流強度密度為〇. 15mA/cm2比電流強度密度0. 05mA/ cm2,硝酸鹽氮去除率提高了近20%。這是因為在電流較小時，產氫速度小于反應耗氫速度， 產氫反應成為反應的控制步驟，隨著電流密度增大，電化學反應產H2速率提高，從而提高了 自養反硝化脫氮效率。
[0015] 本發明所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，采用電解-生物濾床反應器可 有效地用于源水預處理的反硝化環節，電場的引入可極大地提高反硝化效率及反硝化的徹 底性，從而有效降低源水中總的含氮量，也可以非常有效地抑制反硝化過程中亞硝酸鹽氮 的積累和生成，并可去除85%?95%亞硝酸鹽氮，對后續深度處理極為有利，如將本發明 所述的方法同給水處理中的生物預處理（除有機物、硝化工藝等）結合起來，對提高源水水 質有積極意義。
【具體實施方式】
[0016] 實施例一： 將源水經過濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆粒活性炭與瓷珠作為濾 料及生物膜載體的電解-生物濾床反應器，反應器選用石墨和活性炭纖維材料為陽極和陰 極，在電解電壓為4. 5V、電流密度為0. 05-0. 15mA/cm2下進行電解、生物降解處理8h，處理 后的水即為反硝化去除硝酸鹽的源水，為后續給水處理工藝創造有利條件。
[0017] 生物濾床在正式使用之前須進行掛膜處理，生物濾床掛膜采用采用人工接種動態 掛膜法，即以連續進水，同時接通電源，電流密度為0. 05mA/cm2,大約半個月后，該反應器對 硝酸鹽氮已有55%的去除率，肉眼能觀測極板和濾料上有一層薄薄的土黃色生物膜，可認 為掛膜成功。
[0018] 實施例二：處理效果 使用本發明所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，對某源水進行處理，處理效果 如表-1所示。
[0019]
【權利要求】
1. 源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，包括以下步驟： 將源水經過濾后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40顆粒活性炭與瓷珠作為濾料 及生物膜載體的電解-生物濾床反應器進行電解、生物降解處理，處理后的水即為反硝化 去除硝酸鹽的源水，為后續給水處理工藝創造有利條件。
2. 如權利要求1所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，其特征在于所述的電 解-生物濾床反應器選用石墨和活性炭纖維材料為陽極和陰極。
3. 如權利要求1所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，其特征在于所述的電解 電壓為4. 5V，電流密度為0. 05-0. 15mA/cm2,電解時間為8h。
4. 如權利要求1所述的源水反硝化去除硝酸鹽的處理方法，其特征在于所述的生 物濾床掛膜采用采用人工接種動態掛膜法，即以連續進水，同時接通電源，電流密度為 0. 05mA/cm2,大約半個月后，該反應器對硝酸鹽氮已有55%的去除率，肉眼能觀測極板和濾 料上有一層薄薄的土黃色生物膜，可認為掛膜成功。
【文檔編號】C02F3/28GK104386810SQ201410537119
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】陸強 申請人:西安華陸環保設備有限公司