专利名称：一种用于去除地下水中硝酸盐的处理装置及处理方法
技术领域：
本发明涉及饮用水处理领域，具体地说是针对地下水中硝酸盐安全高效去除的处 理装置及方法。
背景技术：
以地下水为水源的饮用水中，硝酸盐污染引起许多国家关注。由于农业施肥、生 活污水和含氮工业废水的渗漏、固体废弃物的淋滤下渗、污水的回灌等因素，我国地下水中 硝酸盐污染的状况比较严重，尤其是北方地区。硝酸盐含量过高的饮用水会导致多种健康 问题，俗称的“蓝婴症”就是由于婴幼儿使用了含硝酸盐的食品或水，致使体内缺氧而在皮 肤上出现蓝紫色斑纹，并伴有呼吸困难的症状，严重时可致死。为此，《生活饮用水卫生标 准》(GB5749-2006)对此进行了较为严格的限制(一股要求值为10mg/L，地下水源限制时为 20mg/L)。近年来，国内外许多研究者对地下水硝酸盐污染的处理处置技术进行了研究，并 取得了较好的成果。硝酸盐的去除技术大致可分为物理化学、化学及生物处理技术。物化 方法主要有蒸馏、电渗析、反渗透、离子交换法等，其对水中的硝酸盐的去除效率较低，但成 本较高；化学法去除地下水中的硝酸盐主要是通过利用一定的还原剂(常用的还原剂有 二价铁、氢等)还原或催化还原水中的硝酸盐，但其在经济和实用性上尚需进一步的研究； 生物处理技术去除地下水中的硝酸盐，主要是利用反硝化菌将硝酸盐还原为氮气的生物过 程，其具体应用形式主要包括原位生物脱氮、反应器生物脱氮两种，但在实际应用中同样存 在一些问题。离子交换技术由于其简单、高效、可再生及成本相对较低等优点，目前受到广泛关 注。而且近年来国内也有研究开发出对硝酸根具有较好选择性的离子交换树脂的报道，但 尚未见其实际应用的报道。因此，进一步优选适用于地下水中硝酸盐的新型离子交换树脂， 并合理确定其实际应用的形式，对地下水中硝酸盐的去除具有积极的意义。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在的对水中硝酸盐的去除效率低、经济实用性差的缺 点，提供了一种用于去除地下水中硝酸盐的处理装置及处理方法，可以高效、安全去除水中 的硝酸盐。本发明的技术方案为一种用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，主要由出水管、 石英砂过滤单元、反冲洗进水管、MIEX树脂处理单元、进水口、第一蠕动泵、第二蠕动泵、 MIEX树脂再生单元组成，在处理装置的顶部设有出水管，在出水管下设有石英砂过滤单元， 石英砂过滤单元底部设有配水孔板，配水孔板表面覆盖有滤水滤布，在石英砂过滤单元下 设有反冲洗进水管、在反冲洗进水管下设有MIEX树脂处理单元，在处理装置的底部设有进 水口，在进水口的上方设有进水配水孔板，在进水配水孔板的表面覆盖有进水滤布，进水滤 布密度小于滤水滤布，MIEX树脂处理单元的待再生树脂出口通过第一蠕动泵与MIEX树脂再生单元进口连接，MIEX树脂再生单元的出口通过第二蠕动泵与MIEX树脂处理单元的再 生树脂进口连接。所述的石英砂过滤单元由上到下设有石英砂过滤层和承托层，石英砂采用级配石 英砂，滤层厚度> 40cm ；承托层的设置高度应确保石英砂不下漏。所述的石英砂过滤单元底部与MIEX树脂处理单元运行时的树脂界面之间的距离 > IOcm0所述的出水管为穿孔管，在出水管上设有消毒剂投加口，所述的进水口前设有加药口。所述的反冲洗进水管为穿孔管，开孔位置设于反冲洗管正上方。使用所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置去除水中硝酸盐的方法，待处理 水由处理装置底部的进水口经过进水配水孔板和进水滤布初步过滤后采用上向流运行方 式进入MIEX树脂处理单元进行处理，由MIEX树脂处理后的水经过配水孔板和滤水滤布过 滤后进入石英砂过滤单元，经过石英砂过滤后的水由出水管收集经加氯后进入清水池或经 二级泵站输送至用户；MIEX树脂处理单元中待再生树脂持续的通过与MIEX树脂处理单元待再生树脂出 口连接的第一蠕动泵按设计流量转移至MIEX树脂再生单元内，经MIEX树脂处理单元再生 后的树脂由和MIEX树脂再生单元出口相连接的第二蠕动泵按相同流速通过再生树脂进口 补充进MIEX树脂处理单元内。所述的石英砂过滤单元采用水反冲洗，反冲洗水采用未经处理的地下水，通过反 冲洗水泵提升由反冲洗配水管由石英砂过滤单元底部进入石英砂过滤单元。有益效果(1)本发明是针对我国现有地下水中硝酸盐含量超标的问题，结合地下水中 离子含量较高、腐殖质类有机物所占比例较大、悬浮物含量低的水质特点，充分考虑 MIEX (magnetic ionexchange,MIEX)树脂应用的基本形式及特点以及目前常用的水处理工 艺，形成用于地下水中硝酸盐高效、安全去除的处理装置及处理方法，强化地下水中硝酸盐 及其它污染物质的去除效果，改善地下水水厂的出水水质，保障水厂供水的安全性。(2)该发明解决了现有针对地下水中硝酸盐去除的离子交换技术中存在的效率不 高、树脂污染严重，且出水水质不稳定的问题；该装置具有较好的耦合性，可较方便地与现 有的地下水水厂的设施连接使用；装置采用具有较高效率的MIEX树脂，可在确保硝酸盐去 除效果的同时，有效去除水中的有机物、硫酸根以及其他阴离子，改善出水水质；在MIEX处 理单元上增设石英砂过滤，一方面可去除地下水中存在的少量悬浮物有效保障出水中的悬 浮物符合要求，同时可有效截留由MIEX处理单元溢出的树脂颗粒，降低树脂的损失率，增 加其使用效率。(3)本发明针对地下水的水质特点及硝酸盐的污染程度，将MIEX树脂处理技术与 石英砂过滤有机组合起来，形成以MIEX树脂处理为核心的硝酸盐去除组合装置。MIEX树脂 处理单元采用上向流过滤，树脂在运行过程中处于流化状态，树脂的使用量、该部分的尺寸 及截面形式根据处理水量和水质状况予以确定；MIEX树脂再生单元单独设置，由蠕动泵按 一定流量将树脂流化床下部需再生树脂转移至再生装置内，再生后树脂由树脂床上部按相 同流速予以补充，从而确保树脂床中的树脂量保持在一恒定的水平，且装置连续运行；石英
4砂过滤单元，且石英砂过滤单元底部与树脂处理单元运行时树脂界面间隔IOcm以上，其上 分设承托层和石英砂层；采用上向流过滤，运行时确保石英砂不膨胀，从而可以有效截留水 中的残留的MIEX树脂、悬浮物，从而降低树脂的流失率，确保出水水质满足要求。MIEX树脂 处理单元、石英砂过滤单元底部进水采用配水孔板，并分别设置两层100目、120目的滤布； 过滤单元出水采用穿孔管集取，且出水管上预留消毒剂的投加口，便于后续的消毒工艺；过 滤单元的反冲洗采用水冲，反冲洗水采用未经处理的地下水，通过反冲洗水泵提升，利用穿 孔管配水。此外，在装置进口进水泵前增设加药口用于应对可能存在的地下水中暂时硬度 较高的问题以及其它特殊的污染物情况。
图1为本发明所用装置的结构示意图。其中，1为石英砂过滤单元，2为MIEX树脂处理单元，3为MIEX树脂再生单元，4为 出水管，5为反冲洗进水管，6为进水泵，7为消毒剂投加口，8为加药口，9为第一蠕动泵，10 为第二蠕动泵，11为承托层。图2是本发明的配水孔板和进水配水孔板结构示意图。其中，12为进水配水孔。图3是本发明的出水管结构示意图。其中，13为出水孔。图4为本发明装置处理前后水中硝酸盐含量的变化图。
具体实施例方式如图1所示，一种用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，主要由出水管4、石英砂 过滤单元1、反冲洗进水管5、MIEX树脂处理单元2、进水口、第二蠕动泵10、第一蠕动泵9、 MIEX树脂再生单元3组成，在处理装置的顶部设有出水管4，在出水管4下设有石英砂过滤 单元1，石英砂过滤单元1底部设有配水孔板，配水孔板表面覆盖有滤水滤布，在石英砂过 滤单元下设有反冲洗进水管5、在反冲洗进水管5下设有MIEX树脂处理单元2，在处理装置 的底部设有进水口，进水口与进水泵6相连，在进水口的上方设有进水配水孔板，如图2所 示，进水配水孔板上均勻分布有进水配水孔12，在进水配水孔板的表面覆盖有进水滤布，进 水滤布密度要小于滤水滤布，一股如果进水滤布使用的是100目的，则滤水滤布可以使用 120目的。MIEX树脂处理单元2的待再生树脂出口通过第一蠕动泵9与MIEX树脂再生单 元3进口连接，MIEX树脂再生单元3的出口通过第二蠕动泵10与MIEX树脂处理单元2的 再生树脂进口连接。所述的石英砂过滤单元1由上到下设有石英砂过滤层和承托层11，石英砂采用级 配石英砂，滤层厚度> 40cm ；承托层的设置高度应确保石英砂不下漏。。所述的石英砂过滤单元底部与MIEX树脂处理单元运行时的树脂界面之间的距离 > IOcm0如图3所示，所述的出水管为穿孔管，在出水管的左右两侧均勻布置有出水孔13， 出水孔的直径可以设置在1 2cm，在出水管上设有消毒剂投加口，所述的进水口前设有加药口。所述的反冲洗进水管为穿孔管，开孔位置设于反冲洗管正上方。使用所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置去除水中硝酸盐的方法，待处理水由处理装置底部的进水口经过进水配水孔板和进水滤布初步过滤后采用上向流运行方 式进入MIEX树脂处理单元进行处理，由MIEX树脂处理后的水经过配水孔板和滤水滤布过 滤后进入石英砂过滤单元，经过石英砂过滤后的水由出水管收集经加氯后进入清水池或经 二级泵站输送至用户；MIEX树脂处理单元中待再生树脂持续的通过与MIEX树脂处理单元待再生树脂出 口连接的第一蠕动泵按设计流量转移至MIEX树脂再生单元内，经MIEX树脂处理单元再生 后的树脂由和MIEX树脂再生单元出口相连接的第二蠕动泵按相同流速补充进MIEX树脂处 理单元内。本发明的树脂再生过程与常规树脂再生过程类似，由蠕动泵输送的待再生树脂 先输送至一储存罐内，待收集一定体积后，转移至再生罐再生，再生后树脂由另一蠕动泵输 送回树脂处理单元。这样树脂的再生和运行就可以连续运行起来。所述的石英砂过滤单元采用水反冲洗，反冲洗水采用未经处理的地下水，通过反 冲洗水泵提升由反冲洗配水管由石英砂过滤单元底部进入石英砂过滤单元。以下通过具体实例进行进一步的说明。研究试验以某地受到硝酸盐污染的地下水为原水，以本发明的MIEX树脂处理单 元与石英砂过滤组合装置为研究对象，通过装置对地下水中硝酸盐的去除效果验证装置对 硝酸盐去除的有效性。(1)实验在某地管井取水构筑物旁进行，实验装置采用如图1所示的的小试装置。 装置进水水质情况如表1所示。表1实验装置进水水质
权利要求
一种用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，其特征在于，主要由出水管、石英砂过滤单元、反冲洗进水管、MIEX树脂处理单元、进水口、第一蠕动泵、第二蠕动泵、MIEX树脂再生单元组成，在处理装置的顶部设有出水管，在出水管下设有石英砂过滤单元，石英砂过滤单元底部设有配水孔板，配水孔板表面覆盖有滤水滤布，在石英砂过滤单元下设有反冲洗进水管、在反冲洗进水管下设有MIEX树脂处理单元，在处理装置的底部设有进水口，在进水口的上方设有进水配水孔板，在进水配水孔板的表面覆盖有进水滤布，进水滤布密度小于滤水滤布，MIEX树脂处理单元的待再生树脂出口通过第一蠕动泵与MIEX树脂再生单元进口连接，MIEX树脂再生单元的出口通过第二蠕动泵与MIEX树脂处理单元的再生树脂进口连接。
2.如权利要求1所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，其特征在于，所述的石 英砂过滤单元由上到下设有石英砂过滤层和承托层，石英砂采用级配石英砂，高度> 40cm。
3.如权利要求1所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，其特征在于，所述的石 英砂过滤单元底部与MIEX树脂处理单元运行时的树脂界面之间的距离> 10cm。
4.如权利要求1所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，其特征在于，所述的出 水管为穿孔管，在出水管上设有消毒剂投加口，所述的进水口前设有加药口。
5.如权利要求1所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，其特征在于，所述的反 冲洗进水管为穿孔管，开孔位置设于反冲洗管正上方。
6.使用权利要求1所述的用于去除地下水中硝酸盐的处理装置去除水中硝酸盐的方 法，其特征在于，待处理水由处理装置底部的进水口经过进水配水孔板和进水滤布初步过 滤后采用上向流运行方式进入MIEX树脂处理单元进行处理，由MIEX树脂处理后的水经过 配水孔板和滤水滤布过滤后进入石英砂过滤单元，经过石英砂过滤后的水由出水管收集后 进入清水池或直接通过二级泵房输送至用户；MIEX树脂处理单元中的待再生树脂持续的通过与MIEX树脂处理单元待再生树脂出口 连接的第一蠕动泵按设计流量转移至MIEX树脂再生单元内，经MIEX树脂处理单元再生后 的树脂由和MIEX树脂再生单元出口相连接的第二蠕动泵按相同流速通过再生树脂进口补 充进MIEX树脂处理单元内。
7.如权利要求6所述的使用用于去除地下水中硝酸盐的处理装置去除水中硝酸盐的 方法，其特征在于，所述的石英砂过滤单元采用水反冲洗，反冲洗水采用未经处理的地下 水，通过反冲洗水泵提升由反冲洗配水管由石英砂过滤单元底部进入石英砂过滤单元。全文摘要
本发明公开了一种用于去除地下水中硝酸盐的处理装置，主要由出水管、石英砂过滤单元、反冲洗进水管、MIEX树脂处理单元、进水口、第一蠕动泵、第二蠕动泵、MIEX树脂再生单元组成，在处理装置的顶部设有出水管，在出水管下设有石英砂过滤单元，石英砂过滤单元底部设有配水孔板，配水孔板表面覆盖有滤水滤布，在石英砂过滤单元下设有反冲洗进水管、在反冲洗进水管下设有MIEX树脂处理单元，在处理装置的底部设有进水口，在进水口的上方设有进水配水孔板，MIEX树脂处理单元的待再生树脂出口通过第一蠕动泵与MIEX树脂再生单元进口连接，MIEX树脂再生单元的出口通过第二蠕动泵与MIEX树脂处理单元的再生树脂进口连接。
文档编号C02F101/16GK101973657SQ201010522789
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者刘成, 曹喆, 李俊林, 王嫚, 陈卫, 陈彬 申请人:河海大学