本實(shí)用新型涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種去除水中硝酸鹽的裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)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(duì)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(shí)還是一種致癌物質(zhì)，對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。因此開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)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(diǎn)。
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(jià)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(diǎn)，具有反應(yīng)條件溫和(常溫常壓)，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。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(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)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(fèi)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(dá)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(bào)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(huì)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(fèi)，水中硝酸鹽的去除效率較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于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。
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。
所述硫自養(yǎng)反硝化單元之前設(shè)置有用于儲(chǔ)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。
所述蓄水池的出水口與硫自養(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(jì)；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(jì)。
針對(duì)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(shí)利用電滲析作用優(yōu)先去除水中SO42-等高電荷陰離子，進(jìn)一步去除硝酸鹽、降低硫段處理負(fù)荷，同時(shí)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(dá)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(jìn)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(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)有效的保證用水安全。
所述硫自養(yǎng)反硝化單元中填料包括單質(zhì)硫顆粒。
所述單質(zhì)硫顆粒包括硫磺顆粒。
所述硫磺顆粒的粒徑為0.1～10mm。
利用硫單質(zhì)作為電子供體，做為填料，填充在硫自養(yǎng)柱中，硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行自養(yǎng)反硝化，將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)猓划?dāng)硫磺粒徑大于10mm 時(shí)，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(shí)，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。
本實(shí)用新型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，優(yōu)選所述原水硝酸鹽濃度為 40～60mgN/L，進(jìn)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)，本實(shí)用新型所述裝置能有效提高整體工藝的水質(zhì)適應(yīng)性。
利用如上所述裝置去除水中硝酸鹽的工藝為：原水進(jìn)入蓄水單元，通過管道送入硫自養(yǎng)反硝化單元在硫自養(yǎng)柱中開始生物反硝化過程，根據(jù)原水初始硝酸鹽濃度確定硫自養(yǎng)水力停留時(shí)間，硫自養(yǎng)反硝化出水通過管道溢流進(jìn)入過濾單元，過濾后的水泵入電滲析單元，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(shí)間，電滲析段進(jìn)一步脫硝，并去除生物反硝化副產(chǎn)物硫酸鹽。監(jiān)測(cè)最后電滲析出水，通過閥門和流量計(jì)調(diào)節(jié)硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析脫硝段出水摻混比例，摻混的同時(shí)通過消毒單元進(jìn)行消毒。
所述自養(yǎng)反硝化過程中，原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時(shí)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(jìn)一步優(yōu)選1.5h。
若原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時(shí)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(shí)間大于5h，則造成不必要的資源浪費(fèi)，當(dāng)原水在硫自養(yǎng)柱中的停留時(shí)間為0.5～5h時(shí)，即可保證硫自養(yǎng)反硝化完全。
本實(shí)用新型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(jìn)一步優(yōu)選25～35V。
不同電壓下，電滲析對(duì)硝酸根、硫酸根的去除效果不同。電壓高于60V時(shí)，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(shí)，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。
本實(shí)用新型所述硫自養(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(jìn)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(yùn)行成本會(huì)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(shí)，能經(jīng)濟(jì)有效地保證用水安全。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型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(jì)、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(duì)硫磺粒徑、停留時(shí)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(jì)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為本實(shí)用新型實(shí)施例1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-電滲析單元、 5-流量計(jì)、6-水泵、7-閥門、8-消毒單元。
下面對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本實(shí)用新型的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本實(shí)用新型的權(quán)利保護(hù)范圍，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
工藝流程：
1)原水進(jìn)入蓄水單元，通過硫自養(yǎng)柱開始生物反硝化過程，內(nèi)部活性成分為硫磺顆粒。根據(jù)原水初始硝酸鹽濃度確定硫自養(yǎng)水力停留時(shí)間；
2)硫自養(yǎng)反硝化后在電滲析單元中進(jìn)行電滲析，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(shí)間，電滲析段進(jìn)一步脫硝，并去除生物反硝化副產(chǎn)物硫酸鹽；
3)監(jiān)測(cè)最后電滲析出水，確定硫自養(yǎng)反硝化單元和電滲析單元出水摻混比例。
為更好地說明本實(shí)用新型，便于理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)用新型的典型但非限制性的實(shí)施例如下：
實(shí)施例1提供了一去除水中硝酸鹽的裝置，包括依次連接的給水箱1、硫自養(yǎng)反硝化柱2、砂濾池3、電滲析單元4、和消毒單元8，所述硫自養(yǎng)柱體外形為圓柱體，硫自養(yǎng)柱體積為1m3，硫磺顆粒的中值粒徑為10mm；給水箱1的出水口與硫自養(yǎng)柱2底部的入水口連接，自養(yǎng)柱頂部的溢流口與砂濾池3的入水口連接，砂濾池3出水口分別與電滲析單元4入水口和消毒單元8入水口連接，電滲析單元4出水口與消毒單元8連接，消毒單元8設(shè)有出水口；砂濾池3出水口與電滲析單元4入水口之間設(shè)置閥門7，砂濾池3出水口與消毒單元入水口之間設(shè)置閥門7和流量計(jì)5；所述電滲析單元出水口與消毒單元入水口之間設(shè)置閥門7和流量計(jì)5。
利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為35mgN/L、硫酸鹽濃度為120mg/L的原水，原水進(jìn)入蓄水單元，通過管道送入硫自養(yǎng)反硝化單元在硫自養(yǎng)柱中開始生物反硝化過程，原水在硫自養(yǎng)反硝化柱中的停留時(shí)間0.75h，監(jiān)測(cè)硫自養(yǎng)反硝化出水，其硝酸鹽達(dá)16.6mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)到265mg/L，硫自養(yǎng)反硝化出水通過管道溢流進(jìn)入過濾單元，過濾后的水通過水泵6泵入電滲析單元，開啟電滲析，電壓5V。監(jiān)測(cè)最后電滲析出水，通過閥門7和流量計(jì)5調(diào)節(jié)硫自養(yǎng)反硝化段和電滲析脫硝段出水摻混比例為1∶1，摻混的同時(shí)通過消毒單元8進(jìn)行消毒。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(shí)施例2
去除水中硝酸鹽的裝置和工藝均與實(shí)施例1的相同，利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為43mgN/L、硫酸鹽濃度為120mg/L的原水，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(shí)間為1.5h，出水硝酸鹽達(dá)12mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)8mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到209mg/L。
實(shí)施例3
去除水中硝酸鹽的裝置和工藝均與實(shí)施例1的相同，利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為60mgN/L、硫酸鹽濃度為70mg/L的原水，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(shí)間為2.5h，出水硝酸鹽達(dá)18.5mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)15.2mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到235mg/L。
實(shí)施例4
去除水中硝酸鹽的裝置與實(shí)施例1的唯一區(qū)別在于不包括消毒單元。利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為45mgN/L、硫酸鹽濃度為80mg/L的原水，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(shí)間為2h，出水硝酸鹽達(dá)12.6mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)9mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到209mg/L。
實(shí)施例5
去除水中硝酸鹽的裝置與實(shí)施例1的唯一區(qū)別在于：不包括過濾單元，自養(yǎng)柱頂部的溢流口分別與電滲析單元4入水口和消毒單元8入水口連接，自養(yǎng)柱頂部的溢流口與電滲析單元4入水口之間設(shè)置閥門7，自養(yǎng)柱頂部的溢流口與消毒單元入水口之間設(shè)置閥門7和流量計(jì)5。
利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為55mgN/L、硫酸鹽濃度為80mg/L的原水，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(shí)間為3h，出水硝酸鹽達(dá)15.5mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)8.0mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到235mg/L。
實(shí)施例6
去除水中硝酸鹽的裝置和工藝均與實(shí)施例1的相同。利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為45mgN/L、硫酸鹽濃度為60mg/L的原水，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(shí)間為0.5h，出水硝酸鹽達(dá)25mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)18.6mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到178mg/L。
實(shí)施例7
去除水中硝酸鹽的裝置和工藝均與實(shí)施例1的相同。利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為50mgN/L、硫酸鹽濃度為50mg/L的原水，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(shí)間為5h，出水硝酸鹽達(dá)14.5mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)8.4mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到230mg/L。
實(shí)施例8
去除水中硝酸鹽的裝置和工藝均與實(shí)施例1的相同。利用所述裝置處理硝酸鹽濃度為36mgN/L、硫酸鹽濃度為100mg/L的原水，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(shí)間為0.6h，出水硝酸鹽達(dá)22mgN/L，出水硫酸鹽達(dá)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(dá)17.8mgN/L，最終出水硫酸鹽達(dá)到180mg/L。
申請(qǐng)人聲明，本實(shí)用新型通過上述實(shí)施例來說明本實(shí)用新型的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本實(shí)用新型并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本實(shí)用新型必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本實(shí)用新型的任何改進(jìn)，對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)造的等效替換及輔助設(shè)備的添加、具體形狀的選擇等，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。