源水反硝化去除硝酸盐的处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，属于给水处理方法领域。所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，包括以下步骤：将源水经过滤后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40颗粒活性炭与瓷珠作为滤料及生物膜载体的电解-生物滤床反应器进行电解、生物降解处理，处理后的水即为反硝化去除硝酸盐的源水，为后续给水处理工艺创造有利条件。本发明非常有效地抑制反硝化过程中亚硝酸盐氮的积累和生成，并可去除85％～95％亚硝酸盐氮，对后续深度处理极为有利，如将本发明所述的方法同给水处理中的生物预处理(除有机物、硝化工艺等)结合起来，对提高源水水质有积极意义。
【专利说明】源水反硝化去除硝酸盐的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，属于给水处理方法领域。
【背景技术】
[0002] 由于大量工业废水和生活污水未经适当处理而直接排入水体，使许多城镇的给水 水源受到不同程度的污染。传统的给水处理工艺（混凝一沉淀一砂滤一消毒）已不能满足 饮用水安全卫生要求。近年来，在常规给水工艺前增加生物预处理设施已成为自来水厂改 造的一种趋势。目前所广泛采用的各种生物预处理方法对水中的氨氮、有机物去除效果比 较理想，特别是在预处理源水过程中利用生物硝化作用高效地降低氨氮浓度的工艺日臻成 熟。但是，绝大多数工艺对由此而产生的硝酸盐氮且没采取任何措施。当这种硝酸盐氮含 量相对较高的源水进行后续深度处理时，水中形成的缺氧环境易使硝酸盐氮转化为强致癌 的亚硝酸盐氮，从而严重影响水厂出水水质，损害人民身体健康。
[0003]目前，生物反硝化脱出硝酸盐的方法，主要有以甲醇等易降解有机物为碳源的异 养生物反硝化法和以氢气为基质的自养生物反硝化法。源水中可利用的有机物含量相对较 低，外部投加甲醇等有机碳源很不经济且易造成二次污染。异养生物反硝化工艺的应用受 到限制。而氢气的溶解度低，并且氢气为易燃易爆品，外源供氢的自养反硝化也遇到困难。
[0004] 因此，研究一种处理效果好、运行简单、成本低的源水反硝化去除硝酸盐的处理方 法具有很高的经济与环境效益。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提供一种处理效果好、运行简单、成本低的源水反硝化去除硝酸盐的 处理方法。
[0006] 本发明所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，包括以下步骤： 将源水经过滤后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40颗粒活性炭与瓷珠作为滤料 及生物膜载体的电解-生物滤床反应器进行电解、生物降解处理，处理后的水即为反硝化 去除硝酸盐的源水，为后续给水处理工艺创造有利条件。
[0007] 优选的，本发明所述的电解-生物滤床反应器选用石墨和活性炭纤维材料为阳极 和阴极。
[0008]更优选的，本发明所述的电解电压为4. 5V，电流密度为0. 05-0. 15mA/cm2,电解时 间为8h。
[0009] 进一步优选的，本发明所述的生物滤床挂膜采用采用人工接种动态挂膜法，即以 连续进水，同时接通电源，电流密度为〇. 〇5mA/cm2,大约半个月后，该反应器对硝酸盐氮已 有55%的去除率，肉眼能观测极板和滤料上有一层薄薄的土黄色生物膜，可认为挂膜成功。
[0010] 本发明所述的处理方法，采用电解-生物滤床反应器进行反硝化处理。在反应器 中，填充滤料在高梯度电场作用下感应而复极化为复极性粒子，即在粒子一端发生阳极反 应，另一端发生阴极反应。整个粒子形成一个立体电极，粒子之间构成无数个微电解池，从 而形成"三维电极"，与二维电极相比，三维电极的面体比极大增加，且因粒子间距小，物质 传质效果极大改善，因而具有较高的电流效率和单位时空产率。特别是以活性炭为填充材 料时，电解和活性炭吸附存在相互协同作用，有利于提高处理效果。以石墨为阳极和以碳材 料为滤料介质，在一定输入电压下使反应器内的阳极反应以碳的氧化为主，而不以析出氧 气为主，从而在反应器内实现生物反硝化所需的缺氧及还原环境。此外，产生的C02可起到 缓冲pH作用，及做为自养反硝化菌的无机碳源。
[0011] 电解-生物滤床反应器可高效利用电化学反应产生的氢气作为电子供体，进行自 养反硝化。氢气由膜内向膜外扩散，这一传质方向的改变，减小了扩散距离及扩散阻力，从 而提高了氢气的利用率及自养反硝化效率。
[0012] 与其他以氢气为基质的自养反硝化工艺不同的是，通过微电解产生的氢最初是以 原子形式吸附在滤料及电极上，因此可以直接用于还原硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，而无需像 外源供氢那样需要经过溶解-传质-吸附-解离成原子等一系列过程。氢气由膜内向膜外 扩散，这一传质方向的改变，减小了扩散距离及扩散阻力，显著提高氢气的利用率及自养反 硝化效率。
[0013]生物反硝化对pH的影响比较敏感，其最适宜的pH在中性范围（6. 8?7. 2)。以氢 气为基质的自养生物反硝化将使pH升高，因此生物反硝化通常都需要磷酸盐等pH缓冲剂。 经测定，本方法中所使用的电解-生物滤床反应器的pH长期稳定在6. 5?7. 5范围内，说 明反应器自身具有缓冲pH的能力。
[0014] 经试验表明，电解-生物滤床反应器可以有效地控制水中亚硝酸盐氮的浓度，其 亚硝酸盐氮的去除率可高达85%-95%，反映出本反应系统反硝化作用的彻底性，在这一点 上，远远胜过相同生物量不加电流时单纯的生物滤床，体现出电场引入的优势；硝酸盐氮去 除率也较高，可达60-80%，也高于不加电流时单纯的生物滤床。电流密度越大，反硝化去除 亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的效率越高，电流强度密度为〇. 15mA/cm2比电流强度密度0. 05mA/ cm2,硝酸盐氮去除率提高了近20%。这是因为在电流较小时，产氢速度小于反应耗氢速度， 产氢反应成为反应的控制步骤，随着电流密度增大，电化学反应产H2速率提高，从而提高了 自养反硝化脱氮效率。
[0015] 本发明所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，采用电解-生物滤床反应器可 有效地用于源水预处理的反硝化环节，电场的引入可极大地提高反硝化效率及反硝化的彻 底性，从而有效降低源水中总的含氮量，也可以非常有效地抑制反硝化过程中亚硝酸盐氮 的积累和生成，并可去除85%?95%亚硝酸盐氮，对后续深度处理极为有利，如将本发明 所述的方法同给水处理中的生物预处理（除有机物、硝化工艺等）结合起来，对提高源水水 质有积极意义。
【具体实施方式】
[0016] 实施例一： 将源水经过滤后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40颗粒活性炭与瓷珠作为滤 料及生物膜载体的电解-生物滤床反应器，反应器选用石墨和活性炭纤维材料为阳极和阴 极，在电解电压为4. 5V、电流密度为0. 05-0. 15mA/cm2下进行电解、生物降解处理8h，处理 后的水即为反硝化去除硝酸盐的源水，为后续给水处理工艺创造有利条件。
[0017] 生物滤床在正式使用之前须进行挂膜处理，生物滤床挂膜采用采用人工接种动态 挂膜法，即以连续进水，同时接通电源，电流密度为0. 05mA/cm2,大约半个月后，该反应器对 硝酸盐氮已有55%的去除率，肉眼能观测极板和滤料上有一层薄薄的土黄色生物膜，可认 为挂膜成功。
[0018] 实施例二：处理效果 使用本发明所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，对某源水进行处理，处理效果 如表-1所示。
[0019]
【权利要求】
1. 源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，包括以下步骤： 将源水经过滤后泵入填充有按10:1重量比例混合的ZK40颗粒活性炭与瓷珠作为滤料 及生物膜载体的电解-生物滤床反应器进行电解、生物降解处理，处理后的水即为反硝化 去除硝酸盐的源水，为后续给水处理工艺创造有利条件。
2. 如权利要求1所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，其特征在于所述的电 解-生物滤床反应器选用石墨和活性炭纤维材料为阳极和阴极。
3. 如权利要求1所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，其特征在于所述的电解 电压为4. 5V，电流密度为0. 05-0. 15mA/cm2,电解时间为8h。
4. 如权利要求1所述的源水反硝化去除硝酸盐的处理方法，其特征在于所述的生 物滤床挂膜采用采用人工接种动态挂膜法，即以连续进水，同时接通电源，电流密度为 0. 05mA/cm2,大约半个月后，该反应器对硝酸盐氮已有55%的去除率，肉眼能观测极板和滤 料上有一层薄薄的土黄色生物膜，可认为挂膜成功。
【文档编号】C02F3/28GK104386810SQ201410537119
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】陆强 申请人:西安华陆环保设备有限公司