脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水处理领域，具体涉及一种脱除地下水中硝酸盐氮的系统。
【背景技术】
[0002]近些年，由于随着工农业的发展，尤其以农业上氮肥的使用，使得地下水中的硝酸盐氮污染越来越严重，全国十大水系浅层地下水氮含量普遍超标。地下水作为我国的主要饮水来源，提供了全国70%人口的饮水、95%的农村饮用水。饮用水中所含的硝酸盐本身对人体没有危害，但硝酸盐在人体内可以转化成亚硝酸盐，亚硝酸盐对人体健康有极大的危害，会引起婴儿高铁血红蛋白症、“三致”等。因此，如何有效地去除地下水中的硝酸盐氮迫在眉睫。目前，国内外常用的硝酸盐修复技术主要有生物反硝化、电渗析、反渗透、离子交换法和铁肩还原法等。利用电渗析、反渗透、离子交换法去除地下水中的硝酸盐氮只是将硝酸盐集中于介质或废液中，只起到了废液转移或者浓缩作用，且成本高、处理能力弱、处理不彻底、会产生二次污染等；而铁肩还原法需要严格调节PH值，且处理后水中含有较多氨氮，仍需后续处理。因此寻找一种有效的应对地下水硝酸盐污染的处理系统及方法成为了水厂必须解决的难题，对保障供水安全具有重大意义。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，该处理系统能有效去除地下水中硝酸盐氮。
[0004]为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是:脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于包括反应器本体、正电极、负电极、直流电源、橡胶磁板、上挡板、下挡板、进水管、出水管；反应器本体的中心轴线上设置有正电极，正电极选用石墨碳棒，紧贴于反应器本体内壁设置有负电极，负电极选用镍板或钛板材质；使用时，微生物附着在负电极的表面形成生物膜；正电极和负电极分别通过导线接直流电源的正极和负极；反应器本体内的底部设有下档板，下档板位于正电极、负电极的下方，下档板上开有进水孔，反应器本体的底部设有进水管，进水管的出口位于下档板的下方；反应器本体内的上端部设有上挡板，上挡板位于正电极、负电极的上方；出水管设置在反应器本体的上部外壁上，出水管与反应器本体的内腔相通；反应器本体外包裹有橡胶磁板。
[0005]所述反应器本体采用圆筒结构。
[0006]所述反应器本体的底部设有蓄水腔，蓄水腔位于下档板的下方。
[0007]所述的正电极的上端、负电极的上端分别与上挡板固定。所述的正电极的下端、负电极的下端分别与下档板固定。
[0008]本实用新型是电极-生物膜-磁场相耦合的过程，反应原理如下:
[0009]反应器阴极电解水产生的H2作为电子供体，水中NO 3_作为电子受体，利用固定于反应器阴极表面的生物膜，将no3_还原为N2,实现反硝化脱氮。该技术中阴极产生的氢气可被固着其上的反硝化菌高效利用，石墨碳棒阳极的氧化产物CO2可为反硝化菌提供碳源，同时对反硝化过程中产生的OH—具有一定的缓冲作用，有利于反硝化进行。反应式如下:
[0010](l)2H20+2e — Η2+20Γ (2) 2N0f+2H2—2Ν0 2-+2Η20[0011 ] (3) C+2H20 — C02+4H++4e (4) 2Ν02-+3Η2+2Η+— N 2+4H20
[0012]上述反应过程中电流提供电子供体的同时，也形成了电场。反硝化主要发生在阴极表面，而作为反硝化的主要对象no3_却受到阳极方向电场力的作用，且随着电流强度的增加，电场力增大，阻碍NO3-向阴极扩散，从而降低了反应器的传质效率。
[0013]本实用新型中反应器本体外包的橡胶磁板产生的磁场对运动电荷能产生作用力即洛伦磁力，洛伦磁力能改变N03_的受力情况，能促使NO 3_向阴极移动，有利于NO 3_在阴极发生反硝化反应。另外外加磁场对微生物生长、微生物酶活性以及微生物细胞膜通透性等方面也产生一定的影响，这些在很大程度上提高了硝酸盐的传质效率和去除率。
[0014]本实用新型将生物法和电化学法及磁技术有机结合，利用了自养微生物反硝化不需有机碳源、生物膜与电极之间的高效传质等特点，不产生任何影响水质安全的副产物，是一种清洁的地下水脱氮系统及方法。
[0015]本实用新型的有益效果是:该处理系统能有效去除地下水中硝酸盐氮(出水总氮去除率在90%以上)。本实用新型主要用于处理被硝酸盐污染的地下水。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图。
[0017]图中反应器本体；2_正电极；3_负电极；4_直流电源(直流稳压电源)；5-橡胶磁板；6_上挡板；7_下挡板；8_进水管；9-出水管，10-进水孔。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，包括反应器本体1、正电极2、负电极3、直流电源(直流稳压电源)4、橡胶磁板5、上挡板6、下挡板7、进水管8、出水管9 ;所述反应器本体I采用圆筒结构；反应器本体I的中心轴线上设置有正电极2，正电极选用石墨碳棒，紧贴于反应器本体I内壁设置有负电极3，负电极3选用镍板或钛板材质；使用时，微生物附着在负电极3的表面形成生物膜；正电极2(阳极)和负电极3(阴极)分别通过导线接直流电源4的正极和负极；反应器本体内的底部设有下档板7，下档板7位于正电极2、负电极3的下方，下档板7上开有(均匀布置的)进水孔10 (下档板既固定电极又有均匀配水作用)，反应器本体I的底部设有进水管8，进水管8的出口位于下档板7的下方(进水管8的出口与进水孔10相通，进水管8接地下水)；反应器本体内的上端部设有上挡板6，上挡板6位于正电极2、负电极3的上方；出水管9设置在反应器本体I的上部外壁上，出水管9与反应器本体I的内腔相通(处理后的水通过出水管9排出系统)；反应器本体I外包裹有橡胶磁板5 (橡胶磁板的磁场方向为沿反应器本体半径向内)。
[0019]所述反应器本体的底部设有蓄水腔(底部为锥形体)，蓄水腔位于下档板7的下方。
[0020]所述的正电极2的上端、负电极3的上端分别与上挡板6固定(挡板6起固定电极的作用)；所述的正电极2的下端、负电极3的下端分别与下档板7固定。
[0021]本实用新型以被硝酸盐污染的地下水为处理对象，采用电极-生物膜-磁场耦合水处理装置，在如下控制条件下:进水硝酸氮浓度小于80mg/L，进水温度控制在10 ~30°C，进水pH值为6.5 ~ 8.5，水力停留时间为4~10h，正电极和负电极的极板间距30~50cm,电流密度0.005-0.012 mA/cm2，外包橡胶磁板的磁场强度为25~55mT，可较好地实现脱氮，出水总氮去除率在90%以上。
【主权项】
1.脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于包括反应器本体(I)、正电极(2)、负电极(3)、直流电源(4)、橡胶磁板(5)、上挡板(6)、下挡板(7)、进水管(8)、出水管(9);反应器本体(I)的中心轴线上设置有正电极(2)，正电极选用石墨碳棒，紧贴于反应器本体(I)内壁设置有负电极(3)，负电极(3)选用镍板或钛板材质；使用时，微生物附着在负电极(3)的表面形成生物膜；正电极(2)和负电极(3)分别通过导线接直流电源(4)的正极和负极；反应器本体内的底部设有下档板(7)，下档板(7)位于正电极(2)、负电极(3)的下方，下档板(7 )上开有进水孔(10 )，反应器本体(I)的底部设有进水管(8 )，进水管(8 )的出口位于下档板(7)的下方；反应器本体内的上端部设有上挡板(6)，上挡板(6)位于正电极(2)、负电极(3)的上方；出水管(9)设置在反应器本体(I)的上部外壁上，出水管(9)与反应器本体(I)的内腔相通；反应器本体(I)外包裹有橡胶磁板(5)。2.根据权利要求1所述的脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于:所述反应器本体采用圆筒结构。3.根据权利要求1所述的脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于:所述反应器本体的底部设有蓄水腔，蓄水腔位于下档板的下方。4.根据权利要求1所述的脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于:所述的正电极的上端、负电极的上端分别与上挡板固定。5.根据权利要求1所述的脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于:所述的正电极的下端、负电极的下端分别与下档板固定。
【专利摘要】本实用新型属于水处理领域。脱除地下水中硝酸盐氮的处理系统，其特征在于包括反应器本体、正电极、负电极、直流电源、橡胶磁板、上挡板、下挡板、进水管、出水管；反应器本体的中心轴线上设置有正电极，正电极选用石墨碳棒，紧贴于反应器本体内壁设置有负电极，负电极选用镍板或钛板材质，微生物附着在负电极的表面形成生物膜；正电极和负电极分别通过导线接直流电源的正极和负极；反应器本体内的底部设有下档板，下档板上开有进水孔，反应器本体的底部设有进水管；反应器本体内的上端部设有上挡板；出水管设置在反应器本体的上部外壁上，出水管与反应器本体的内腔相通；反应器本体外包裹有橡胶磁板。该处理系统能有效去除地下水中硝酸盐氮。
【IPC分类】C02F3/34
【公开号】CN204689731
【申请号】CN201520206468
【发明人】贺杏华
【申请人】武汉轻工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月8日