本发明专利技术提供了一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统。该系统包括反应器主体、若干膜组件、氢气供气单元;氢气供气单元与膜组件连通。该去除方法包括以下步骤:1)将含有硝酸盐污水和污泥通入反应器主体,在氢气供气压力条件下进行挂膜;2)在挂膜完成后,将钯酸盐通入反应器主体中,在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件表面;3)将含有溴代污染物和硝酸盐的污水通入反应器主体中,在钯催化、微生物还原和氢气供气压力条件下将溴代污染物完全矿化,同时将硝酸盐转化氮气。本发明专利技术可协同促进溴代污染物和硝酸盐的降解效率,去除效率≥99%,实现了污染物的完全矿化,同时自动化程度高,氢气利用率≥99%。氢气利用率≥99%。氢气利用率≥99%。
【技术实现步骤摘要】
一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统
[0001]本专利技术涉及环保
,尤其是涉及一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统。
技术介绍
[0002]随着我国城市化和工业化的不断发展,城镇污水生物处理中氮污染问题仍然十分突出。根据生态环境部最新公布的《2020年中国生态环境统计年报》显示,全国废水中总氮排放量高达322.3万吨。硝酸盐作为污水处理厂出水中最主要的含氮污染物,其大量排放不仅会导致水体富营养化,还会对人体健康产生潜在风险。同时,污水生物处理还面临传统污染物与新污染物共存的严峻挑战。近年来,溴代污染物等新污染物也被广泛应用于工业生产和消费品中,导致其不可避免地释放到水环境中,污水中含量逐渐从ng到ug甚至mg/L。由于这些溴代污染物具有高毒性和低可生物降解的特性,传统的污水处理工艺无法将其彻底去除。这些溴代污染物可通过生物放大作用以及食物链的传递对人体产生潜在危害。因此,确保污水中溴代污染物和硝酸盐的有效去除是保障水环境安全和人体健康的关键。
[0003]目前,加氢脱溴由于反应条件温和,没有二次污染,被认为是一种很有前景的溴化污染物处理方法。其中,钯由于具有很强的吸附和解离氢气的能力,常被应用于加氢脱溴中。然而由于气体传质受限,目前加氢脱溴反应过程需要连续通入氢气,无法实现精准氢气供应,同时带来严重安全隐患。而膜负载型钯基反应器可能解决这些缺点:钯被负载在中空纤维膜表面,氢气在压力作用下从膜内自发的转移到膜表面钯上进行加氢脱溴反应。尽管加氢脱溴可以有效对溴代污染物进行还原脱溴,然而其难以对降解产物中的苯环进行开环降解,因此仍可能给环境带来潜在风险。例如,四溴双酚A加氢脱溴后产物双酚A仍是持久性有机污染物,需要进一步处理。而微生物被报道可以有效对苯环进行开环降解,实现有机污染物的完全矿化。此外,钯被报道可以还原亚硝酸盐为氮气,但无法将硝酸盐催化还原为亚硝酸盐。然而硝酸盐则可以被微生物还原为亚硝酸盐,从而为钯催化还原脱氮提供足够的亚硝酸盐。因此,通过将加氢脱溴与膜生物反应器进行耦合,可能实现溴代有机污染物和硝酸盐的完全降解。然而,该耦合工艺尚未有任何报道,该系统的运行与控制也存在诸多不确定因素,如何实现反硝化微生物和溴代污染物降解微生物的协同共存问题亟待攻克解决。同时,脱溴后的中间产物可能具有一定生态毒性,是否会对微生物产生不利影响,进而影响后续污染物降解效能还尚不可知。另外,钯化学催化还原速率远快于微生物降解速率,如何实现两者速率匹配从而达到溴代有机污染物和硝酸盐的同步高效降解仍有待进一步研究。此外,在膜生物反应器,生物膜厚度与氢气含量紧密相关,但是较厚的生物膜不仅会降低氢气传质效能,还会抑制微生物活性,从而降低微生物对于污染物的降解效果,因此如何在耦合系统对于膜厚进行动态控制仍是亟需解决的难点问题。
技术实现思路
[0004]针对现有技术存在的上述问题,本专利技术提供了一种同时去除污水中溴代污染物及
硝酸盐的方法及系统。在该系统中,溴代有机污染物首先通过钯催化被转化为脱溴中间产物,随后被微生物降解转化为水和二氧化碳;而硝酸盐则首先被微生物还原为亚硝酸盐,随后被钯催化还原为氮气,最终实现了溴代有机污染物的完全矿化,本专利技术不仅解决了加氢脱溴和生物矿化的限制因素,同时实现了两者的一体化反应,相比传统方法更为安全稳定。同时,脱溴后的产物可作为电子供体,进一步增强了微生物对硝酸盐的还原效能。另外,本专利技术通过调控氢气压力以及膜曝气反冲洗系统不仅可以实现钯催化速率与微生物降解速率的合理匹配,同时还可以动态调节生物膜厚度,保证微生物活性和氢气传质效能,最终实现了污染物高效降解。本专利技术可同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐,去除效率均≥99%,实现了污染物的完全矿化,同时具有氢气利用率≥99%、操作简便、自动化程度高等优势。
[0005]本专利技术的技术方案如下:
[0006]本专利技术首先提供了一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的系统:
[0007]所述系统包括反应器本体、若干膜组件、氢气供气单元,所述膜组件设于反应器本体内部,所述氢气供气单元与膜组件相通,其中,所述膜组件为无孔中空纤维膜;
[0008]所述系统还包括污染物检测单元,用于检测污染物浓度;
[0009]所述系统还包括反冲洗曝气头,位于反应器本体底部,与位于反应器本体外部的曝气系统相通。
[0010]优选的,所述反应器本体还设有内回流装置,后段的出水通过内回流泵回流至前段。
[0011]优选的,所述系统还包括控制单元,用于控制反冲洗曝气头和内回流装置,以及通过污染物检测单元的数据控制氢气供气单元,从而动态调节氢气压力。
[0012]优选的,所述中空纤维膜内通有钯酸盐溶液,其在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件表面。
[0013]本专利技术还提供了一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法,所述方法在上述系统上进行,所述方法包括以下步骤:
[0014]S1:将含有硝酸盐的污水和污泥通入反应器本体,在在氢气供气压力条件下进行微生物挂膜;
[0015]S2:在挂膜完成后,将钯酸盐溶液通反应器本体中,在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件表面;
[0016]S3:将含有溴代污染物和硝酸盐的污水通入反应器本体中,在钯加氢催化和微生物还原条件下将溴代有机污染物矿化为二氧化碳和水,同时将硝酸盐转化氮气;
[0017]S4:通过控制单元和污染物检测单元实时检测反应器本体中溴代污染物和硝酸盐浓度,利用氢气控制阀动态调节氢气压力,同时控制生物膜生长速率;
[0018]S5:通过曝气系统将压缩气体通入反冲洗曝气头,定期对膜表面进行曝气冲刷控制生物膜厚度。
[0019]优选的,步骤S4中,当出水溴代污染物和硝酸盐浓度分别低于1mmol/L以及0.1mol/L时,不进行调控;当出水溴代污染物处于1~10mmol/L或硝酸盐浓度处于0.1~0.5mol/L时,氢气供气压力增加0.5~2psi;当出水溴代污染物浓度大于10mmol/L或硝酸盐浓度浓度大于0.5mol/L时,氢气供气压力增加2.5~4psi。
[0020]优选的,步骤S5中,当生物膜膜厚超过3cm时,进行冲刷。
[0021]优选的,所述方法具体包括以下步骤:
[0022]S1:将含有硝酸盐污水和6~10g/L污泥通入反应器本体中,在氢气供气压力条件下进行挂膜;氢气压力为2~6psi,挂膜时间为8~16d,pH控制为6~8;
[0023]S2:在挂膜完成后,将浓度为0.5~1.5mM的钯酸盐溶液通反应器本体中,在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件表面;氢气压力为2~6psi,负载时间为12~36h,pH控制为6~8;
[0024]S3:将含有溴代污染物和硝酸盐的污水通入反应器本体中,在钯加氢催化和微生物还原条件下将溴代有机污染物完全矿化为二氧化碳和水,同时将硝酸盐转化氮气;氢气供给方式为间歇模式,氢气供给/停止时间为0~4h(不取0)本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的系统,其特征在于,所述系统包括反应器本体(1)、若干膜组件(2)、氢气供气单元(3),所述膜组件(2)设于反应器本体(1)内部,所述氢气供气单元(3)与膜组件(2)相通,其中,所述膜组件(2)为无孔中空纤维膜;所述系统还包括污染物检测单元(6),用于检测污染物浓度;所述系统还包括反冲洗曝气头(8),位于反应器本体(1)底部,与位于反应器本体(1)外部的曝气系统(7)相通。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括控制单元(10),用于控制反冲洗曝气头(8),以及通过污染物检测单元(6)的数据控制氢气供气单元(3),动态调节氢气压力。3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述中空纤维膜内通有钯酸盐溶液,其在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件表面。4.一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法,其特征在于,所述方法在权利要求1~3任一项所述的系统上进行,所述方法包括以下步骤:S1:将含有硝酸盐的污水和污泥通入反应器本体(1),在在氢气供气压力条件下进行微生物挂膜;S2:在挂膜完成后,将钯酸盐溶液通反应器本体(1)中,在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件(2)表面;S3:将含有溴代污染物和硝酸盐的污水通入反应器本体(1)中,在钯加氢催化和微生物还原条件下将溴代有机污染物矿化为二氧化碳和水,同时将硝酸盐转化氮气;S4:通过控制单元(10)和污染物检测单元(6)实时检测反应器本体中溴代污染物和硝酸盐浓度,利用氢气控制阀动态调节氢气压力,同时控制生物膜生长速率;S5:通过曝气系统(8)将压缩气体通入反冲洗曝气头,定期对膜表面进行曝气冲刷控制生物膜厚度。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤S4中,当出水溴代污染物和硝酸盐浓度分别低于1mmol/L以及0.1mol/L时,不进行调控;当出水溴代污染物处于1~10mmol/L或硝酸盐浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员:郑雄,吴瑒,陈银广,陈玥汐,朱子曾,
申请(专利权)人:同济大学,
类型:发明
国别省市:
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