本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種去除水中硝酸鹽的方法及裝置。
背景技術(shù)：
我國由于農(nóng)業(yè)和工業(yè)污染引起地下水硝酸鹽污染嚴(yán)重，其中北京、天津、河北等華北地區(qū)最為突出。硝酸鹽對人體危害的關(guān)鍵是其在人體內(nèi)可經(jīng)硝酸鹽還原酶作用生成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽能使血液中正常攜氧的低鐵血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，因而失去攜氧能力而引起組織缺氧，同時還是一種致癌物質(zhì)，對人體健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此開發(fā)高效經(jīng)濟的地下水硝酸鹽去除方法始終是飲用水凈化技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點。
作為傳統(tǒng)技術(shù)，化學(xué)法是利用一定的還原劑還原水中的硝酸鹽從而去除硝酸鹽，目前研究較多的還原劑有金屬Fe0、二價鐵Fe2+等，由于反應(yīng)條件的控制比較嚴(yán)格、能耗大，產(chǎn)生濃縮液，副產(chǎn)物易造成酸堿等二次污染。
異養(yǎng)和自養(yǎng)生物反硝化法等生物技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)能耗大、效率低、二次污染等缺點，具有反應(yīng)條件溫和(常溫常壓)，設(shè)備簡單、操作方便、運行費用低、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點。但是硫自養(yǎng)反硝化法，在低溫條件下，脫氮效率低，而且在高濃度硝酸鹽(40mgN/L以上)條件下，容易導(dǎo)致生成的硫酸鹽副產(chǎn)物濃度超標(biāo)，造成二次污染。這些缺陷使得硫自養(yǎng)反硝化法大規(guī)模的推廣應(yīng)用受到了限制。
物理化學(xué)法主要有蒸餾、膜分離法(反滲透、電滲析等)、離子交換法、電解法等，這些方法雖然脫鹽效果好，運行穩(wěn)定，自動化程度高，其中電滲析不受溫度等影響，電耗低，但此方法存在處理費用高、前處理要求高等問題。
CN1403389A公開了一種硫自養(yǎng)反硝化與電化學(xué)自養(yǎng)反硝化相結(jié)合脫除飲用水中硝酸鹽氮的方法，脫氮效率可達98％以上，處理后水中硝酸鹽氮含量低于0.01mg/L，其中氫為電子供體，避免了二次污染，但是，氫氣在水中的溶解度較低，致其利用率低，且存在安全隱患，出水硫酸根的二次污染問題也沒有得到有效的改善。
CN102259978A公開了報道了一種去除水中硝酸鹽的反應(yīng)器和方法，利用軟性生物載體使生物膜附著在陰極附近，通過添加外加碳源，構(gòu)建了自養(yǎng)異養(yǎng)的協(xié)同反硝化體系，并將碳氮比降到了0.5～3，且取得較好去除效果。但電化學(xué)作用部分與微生物并未分開，過高的電流會影響微生物的活性，氫氣的產(chǎn)量因而受限，自養(yǎng)反硝化在反應(yīng)體系中的作用也隨之受到限制，自養(yǎng)反硝化作用不充分，異養(yǎng)產(chǎn)生的CO2仍有浪費，水中硝酸鹽的去除效率較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種去除水中硝酸鹽的方法。
本發(fā)明所述方法包括：將原水經(jīng)過硫自養(yǎng)反硝化后得到的液體進行電滲析處理。
針對地下水中硝酸鹽，通過硫自養(yǎng)反硝化作用將硝酸鹽去除，同時利用電滲析作用優(yōu)先去除水中SO42-等高電荷陰離子，進一步去除硝酸鹽、降低硫段處理負(fù)荷，同時將硫自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的硫酸鹽副產(chǎn)物去除、平衡水質(zhì)，利用生物硫自養(yǎng)反硝化和電滲析脫硝的協(xié)同作用，達到既能有效去除高濃度硝酸鹽，又能在常溫下控制硫酸鹽副產(chǎn)物。將硫自養(yǎng)反硝化與電滲析進行系統(tǒng)結(jié)合，不但能克服低溫硫自養(yǎng)反硝化效率不足，而且能夠有效降低電滲析水處理運行成本，經(jīng)濟有效的保證用水安全。
所述硫自養(yǎng)反硝化的電子供體包括單質(zhì)硫。
優(yōu)選地，所述單質(zhì)硫包括硫磺。
優(yōu)選地，所述硫磺的粒徑為0.1～10mm，優(yōu)選0.3～5mm，進一步優(yōu)選2～3mm。
優(yōu)選地，所述硫自養(yǎng)反硝化的過程包括：將單質(zhì)硫顆粒做為填料，填充在硫自養(yǎng)柱中，進行自養(yǎng)反硝化。
優(yōu)選地，所述自養(yǎng)反硝化過程中，原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時間為0.5～5h，例如0.6h、1h、1.5h、1.8h、2h、3h、4h或4.5h等，優(yōu)選1～2h，進一步優(yōu)選1.5h。
利用硫單質(zhì)作為電子供體，硝酸鹽作為電子受體進行自養(yǎng)反硝化，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為無害的氮氣；當(dāng)硫磺粒徑大于10mm時，其比表面積小，單位體積的硫自養(yǎng)柱內(nèi)的電子供體少，硫自養(yǎng)反硝化去除硝酸鹽的速率和效率均低，當(dāng)硫磺粒徑小于0.1mm時，小粒徑的硫磺顆粒增加后續(xù)工藝的除雜負(fù)擔(dān)，且不易制備。若原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時間小于0.5h，不能充分反應(yīng)，增加電滲析的負(fù)擔(dān)，若原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時間大于5h，則造成不必要的資源浪費，當(dāng)原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時間為0.5～5h時，即可保證硫自養(yǎng)反硝化完全。
本發(fā)明所述電滲析的工作電壓為2～60V，例如3V、5V、8V、11V、16V、20V、24V、26V、29V、32V、34V、36V、39V、43V、47V、51V或59V等，優(yōu)選10～40V，進一步優(yōu)選25～35V。
不同電壓下，電滲析對硝酸根、硫酸根的去除效果不同。電壓高于60V時，硝酸根和硫酸根的去除率均大于50％，但是能耗高，大幅增加了工藝成本。電壓小于2V時，硝酸根和硫酸根的去除率小于20％，不能充分發(fā)揮電滲析的作用，出水質(zhì)量低。
本發(fā)明所述原水硝酸鹽濃度＞35mgN/L，如36mgN/L、37mgN/L、39mgN/L、42mgN/L、44mgN/L、46mgN/L、48mgN/L、50mgN/L、52mgN/L、54mgN/L、56mgN/L、59mgN/L或62mgN/L等，優(yōu)選所述原水硝酸鹽濃度為40～60mgN/L，進一步優(yōu)選45～55mgN/L。
硫自養(yǎng)反硝化法在高濃度硝酸鹽(35mgN/L以上)條件下，容易導(dǎo)致生成的硫酸鹽副產(chǎn)物濃度超標(biāo)，本發(fā)明所述方法能有效提高整體工藝的水質(zhì)適應(yīng)性。
本發(fā)明所述硫自養(yǎng)反硝化和所述電滲析出水摻混比例為0∶1～1∶1，優(yōu)選1∶3～2∶3，進一步優(yōu)選1∶2。
若出水全部來自電滲析，雖然能保證硝酸鹽和硫酸鹽的濃度均不超標(biāo)，但電滲析水處理所造成的運行成本會很高；硫酸鹽是硫自養(yǎng)反硝化的副產(chǎn)物，若硫自養(yǎng)反硝化和電滲析出水摻混比例大于1∶1，雖然工藝成本降低了，但生成的硫酸鹽容易超標(biāo)，硫自養(yǎng)反硝化和電滲析出水摻混比為0∶1～1∶1時，能經(jīng)濟有效地保證用水安全。
本發(fā)明的目的之二是提供一種去除水中硝酸鹽的裝置，包括：硫自養(yǎng)反硝化單元，設(shè)置于所述硫自養(yǎng)反硝化單元下游的電滲析單元。
優(yōu)選地，所述去除水中硝酸鹽的裝置用于如本發(fā)明目的之一所述的去除水中硝酸鹽的方法。
所述硫自養(yǎng)反硝化單元與所述電滲析單元之間設(shè)置過濾單元。
優(yōu)選地，所述硫自養(yǎng)反硝化單元之前設(shè)置有用于儲存原水的蓄水單元。
所述硫自養(yǎng)反硝化單元包括硫自養(yǎng)柱，設(shè)置于所述硫自養(yǎng)柱底部的入水口，用于原水的輸入，和設(shè)置于所述硫自養(yǎng)柱頂部的溢流口，用于硫自養(yǎng)反硝化處理后的液體的輸出。
所述的裝置包括：依次連接的蓄水單元、硫自養(yǎng)反硝化單元、過濾單元、電滲析單元和消毒單元。
所述蓄水單元的出水口與硫自養(yǎng)反硝化單元硫自養(yǎng)柱底部的入水口連接，硫自養(yǎng)反硝化單元硫自養(yǎng)柱頂部的溢流口與過濾單元的入水口連接，過濾單元出水口分別于與電滲析單元入水口和消毒單元第一入水口連接，電滲析單元出水口與消毒單元第二入水口連接，消毒單元設(shè)有出水口。
所述消毒單元第一入水口和所述消毒單元第二入水口相同或不同。
所述過濾單元出水口與電滲析單元入水口之間設(shè)置第一閥門，所述過濾單元出水口與消毒單元第一入水口之間設(shè)置第二閥門和第二流量計；所述電滲析單元出水口與消毒單元第二入水口之間設(shè)置第三閥門和第三流量計。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：
通過集成生物硫自養(yǎng)反硝化和電滲析脫硝技術(shù)，形成高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定的飲用水脫硝組合工藝技術(shù)，克服了生物反硝化硝酸鹽負(fù)荷低、出水硫酸鹽容易超標(biāo)的問題。通過對硫磺粒徑、停留時間、電滲析工作電壓、出水摻混比等操作參數(shù)優(yōu)化，經(jīng)濟有效地提高整體工藝的水質(zhì)適應(yīng)性、水處理效率和出水穩(wěn)定性，能夠處理硝酸鹽濃度＞35mgN/L的原水。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例提供的去除水中硝酸鹽的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中標(biāo)記示意為：1-給水箱、2-硫自養(yǎng)反硝化柱、3-砂濾池、4-電滲析、5-流量計、6-水泵、7-閥門、8-消毒
下面對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。但下述的實例僅僅是本發(fā)明的簡易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
工藝流程：
1)原水進入調(diào)節(jié)水箱，通過硫自養(yǎng)柱開始生物反硝化過程，所述硫自養(yǎng)柱體外形為圓柱體，硫自養(yǎng)柱體積為1m3，內(nèi)部活性成分為硫磺顆粒。
2)根據(jù)原水初始硝酸鹽濃度確定硫自養(yǎng)水力停留時間，硫自養(yǎng)反硝化出水進入多介質(zhì)濾池去除水中膠體顆粒物，為后續(xù)電滲析單元做好水質(zhì)準(zhǔn)備。
3)根據(jù)硫自養(yǎng)反硝化段出水確定電滲析工作電壓和水力停留時間，電滲析段進一步脫硝，并去除生物反硝化副產(chǎn)物硫酸鹽。
4)監(jiān)測最后電滲析出水，確定硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析脫硝段出水摻混比例。
為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實施例如下：
實施例1
原水硝酸鹽濃度為35mgN/L、硫酸鹽濃度為120mg/L，硫磺顆粒的中值粒徑為10mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間0.75h，出水硝酸鹽達16.6mgN/L，出水硫酸鹽達到265mg/L，開啟電滲析，電壓5V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為1∶1，出水硝酸鹽和硫酸鹽濃度滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)限值(硝酸鹽20mgN/L、硫酸鹽250mg/L)。
實施例2
原水硝酸鹽濃度為43mgN/L、硫酸鹽濃度為120mg/L，硫磺顆粒的中值粒徑為1mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為1.5h，出水硝酸鹽達12mgN/L，出水硫酸鹽達到285mg/L，開啟電滲析，電壓35V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為1∶1，最終出水硝酸鹽達8mgN/L，最終出水硫酸鹽達到209mg/L。
實施例3
原水硝酸鹽濃度為60mgN/L、硫酸鹽濃度為70mg/L，硫磺顆粒的中值粒徑為0.1mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為2.5h，出水硝酸鹽達18.5mgN/L，出水硫酸鹽達到301mg/L，出水硝酸鹽超標(biāo)；開啟電滲析，電壓25V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為1∶2，最終出水硝酸鹽達15.2mgN/L，最終出水硫酸鹽達到235mg/L。
實施例4
原水硝酸鹽濃度為45mgN/L時，硫酸鹽濃度為80mg/L，硫磺顆粒的中值粒徑為2mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為2h，出水硝酸鹽達12.6mgN/L，出水硫酸鹽達到290mg/L，出水硫酸鹽超標(biāo)，開啟電滲析，電壓40V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為1∶1，最終出水硝酸鹽達9mgN/L，最終出水硫酸鹽達到209mg/L。
實施例5
原水硝酸鹽濃度為55mgN/L時，硫酸鹽濃度為80mg/L，硫磺顆粒的中值粒徑為2.5mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為3h，出水硝酸鹽達15.5mgN/L，出水硫酸鹽達到370mg/L，出水硫酸鹽超標(biāo)，開啟電滲析，電壓60V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為1∶1，最終出水硝酸鹽達8.0mgN/L，最終出水硫酸鹽達到235mg/L。
實施例6
原水硝酸鹽濃度為45mgN/L時、硫酸鹽濃度為60mg/L，硫磺顆粒的中值粒徑為5mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為0.5h，出水硝酸鹽達25mgN/L，出水硫酸鹽達到220mg/L，出水硝酸鹽超標(biāo)，開啟電滲析，電壓2V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為1∶3，最終出水硝酸鹽達18.6mgN/L，最終出水硫酸鹽達到178mg/L。
實施例7
原水硝酸鹽濃度為50mgN/L時、硫酸鹽濃度為50mg/L，，硫磺顆粒的中值粒徑為0.3mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為5h，出水硝酸鹽達14.5mgN/L，出水硫酸鹽達到320mg/L，出水硫酸鹽超標(biāo)，開啟電滲析，電壓50V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為2∶3，最終出水硝酸鹽達8.4mgN/L，最終出水硫酸鹽達到230mg/L。
實施例8
原水硝酸鹽濃度為36mgN/L時、硫酸鹽濃度為100mg/L，，硫磺顆粒的中值粒徑為3mm，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時間為0.6h，出水硝酸鹽達22mgN/L，出水硫酸鹽達到196mg/L，硝酸鹽超標(biāo)，開啟電滲析，電壓30V，硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析段出水摻混比例為2∶3，最終出水硝酸鹽達17.8mgN/L，最終出水硫酸鹽達到180mg/L。
申請人聲明，本發(fā)明通過上述實施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。