本发明专利技术公开了一种去除水中硝酸盐的反应器及方法，其中，自养反硝化与异养反硝化于所述反应器中协同进行，所述反应器包括：生物膜组件，所述生物膜组件包括载体及集水器，所述集水器上具有多个过滤小孔，所述载体填充于所述过滤小孔中，所述集水器上方具有一出水口；反应槽，所述生物膜组件置于所述反应槽中，并且，所述反应槽具有一进水口；阳极，设置于所述反应槽中，并置于所述载体周围；阴极，设置于所述反应槽中，包埋于所述载体内部；以及电源，为所述阳极及所述阴极供电。本发明专利技术自养反硝化与异养反硝化于反应器中协同进行，由异养反硝化产生的二氧化碳作为自养反硝化的无机碳源，有效的利用了碳源，提高了能源利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水处理技术的应用领域，尤其涉及一种电化学与生物处理技术相结合去除饮用水中硝酸盐的方法和反应器。
技术介绍
地下水是水文循环的重要组成部分，也是人类的一种重要的水资源。对于郊区和农村地区用水，地下水一直是重要的饮用水水源之一。近年来，由于氮肥的大量施用、生活污水和含氮废水的未达标排放、固体废弃物的淋滤下渗以及污水的不合理回灌等原因导致地下水中硝酸盐浓度升高。饮用硝酸盐污染的水会对人体健康造成严重的危害，硝酸盐在人体内可被微生物还原为有毒的亚硝酸盐，亚硝酸盐可将血红蛋白中的二价铁转化为三价铁，使红血球变性，血红蛋白不再具有携氧能力，导致人体出现窒息现象。婴儿胃内酸度低于成年人，有利于硝酸盐还原菌的生长，所以婴儿对硝酸盐的潜在毒性比成年人更为敏感， 使得婴儿易患高铁血红蛋白症，俗称蓝婴病。人体长期饮用高硝酸盐含量的水还会造成智力下降，听觉和视觉的条件反射迟钝等。世界卫生组织(WHO)现行标准制定于1984年，其对饮用水中硝酸盐氮含量的指导性标准为10mg/L，推荐标准为5mg/L。美国的标准为IOmg/ L，我国自2007年7月开始实行的新《生活饮用水卫生标准》也规定饮用水中硝酸盐氮不得超过 10mg/L。目前，对受硝酸盐污染的饮用水的净化技术，主要有物理、化学和生物处理技术三大类。物理方法产生的含有高浓度的硝酸盐、硫酸盐等废液，需要二次处理。化学处理法由于会产生金属离子、金属氧化物或水合金属氧化物等反应产物而导致二次污染，后续处理困难。生物处理技术是利用微生物的反硝化作用，将水中的硝酸盐最终转化为乂。反硝化微生物包括自养菌和异养菌两种。目前，异养菌生物反硝化工艺的应用较为广泛，因为它具有处理效率高、反应设备简单等优点，但是若投加的有机碳源过量，残留在出水中会导致二次污染。同时，当进水硝酸盐含量波动较大时，很难控制碳源的投加量，且存在剩余污泥的处理问题。自养反硝化是以还原型无机物为自养菌的电子供体，二氧化碳为能源物质，将硝酸盐还原为氮气的过程。常用的两种自养反硝化工艺是硫自养和氢自养。对于硫自养反硝化法，硫的投加量需要严格控制，否则过量的硫需要进行后续处理；而生成的硫酸盐也会造成饮用水的二次污染。相比之下，氢气作为电子供体的反硝化工艺优势明显，氢气本身是清洁无害的，不存在投加过量造成污染的问题。参与反应的氢细菌是化能自养菌中生长最快的一类，生命周期是硫细菌的M倍。但是，氢气在水中的溶解度较低，致其利用率低，同时氢气容易爆炸，不易运输和储存。电极生物膜技术是在氢气为电子供体的自养反硝化基础上发展而来的一项生物与电化学结合的处理技术，它克服了外部直接供氢造成的气体流失和不易操作等弱点，将复杂的生物化学反应过程用简单的电流调节进行控制，操作方便。在专利CN1349934中，使用固定床异养反硝化装置和电化学自养反硝化装置串联脱除饮用水中的硝酸盐氮，其中异养段和自养段是分离的，而且异养段使用的碳氮比较高，达到2. 7-2. 9 ；在专利CN1303819A中，以无烟煤为介质，碳纤维为电极，构造了充填式微电解脱硝反应器，该反应器设备简单，处理效果好，但是硝酸盐负荷低，处理量小；在专利CN201347377中，以软性纤维作为载体，在纯异养反硝化条件下进行完全反硝化，但碳源投加量相对较大，成本较高；在专利 CN1016M249中，采用膜电解、电化学还原、氢自养反硝化和膜分离过程去除硝酸盐氮，虽水力停留时间短，去除效果好，但反应器设计复杂。综上所述，现有技术中，异养反硝化使用的碳氮比较高。在电极生物膜法中，自养反硝化的阴极既提供氢源，又兼作生物载体，同时还需添加无机碳源，且存在自养菌的培养过程较慢、HRT长、氢气的传质效果不理想、反应器复杂、生物膜容易脱落等问题，影响了电极生物膜法的实际应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提出，克服现有技术中自养反硝化需要加入无机碳源的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提出一种去除水中硝酸盐的反应器，自养反硝化与异养反硝化于所述反应器中协同进行，所述反应器包括生物膜组件，所述生物膜组件包括载体及集水器，所述集水器上具有多个过滤小孔，所述载体填充于所述过滤小孔中，所述集水器上方具有一出水口 ；反应槽，所述生物膜组件置于所述反应槽中，并且，所述反应槽具有一进水口 ；阳极，设置于所述反应槽中，并置于所述载体周围；阴极，设置于所述反应槽中，并包埋于所述载体中；以及电源，为所述阳极及所述阴极供电。其中，所述进水口连接一进水管路，所述进水管路上设置有一蠕动泵，并且所述进水管路插入一进水槽中。其中，所述出水口连接一出水管路，所述蠕动泵设置于所述出水管路上。其中，所述反应槽的上部及下部分别设置有水循环口，所述水循环口通过一外部循环管路连接，所述外部循环管路上连接有循环泵。其中，所述反应槽上部设置有溢流口，所述溢流口上连接有溢流管路。其中，所述载体选用棉线、合成纤维、矿物质、海绵或者多孔性陶瓷。其中所述载体的形状为线状、丝状、多孔状或颗粒状。其中，所述阳极的材料选自碳棒、石墨、活性炭、碳纤维、或固相碳源。其中，所述阳极为多个，所述多个阳极均勻地分布于所述载体周围，并且所述多个阳极通过导线串联。其中，所述阴极的材料选自不锈钢、铁、铝、铜、或镍。其中，所述阴极及所述阳极的形状为片状、丝状、板状、柱状或网状。而且，为实现上述目的，本专利技术还提出一种去除水中硝酸盐的方法，其中，自养反硝化与异养反硝化于反应器中协同进行，进水由进水口进入反应槽中，通过集水器上的填充有载体的过滤小孔进入集水器中，并通过出水口输出，其中，异养反硝化利用水中的碳源及/或外加碳源，硝酸根作为电子受体被降解为氮气；自养反硝化利用异养反硝化产生的二氧化碳及阳极碳氧化产生的二氧化碳作为碳源，阴极电解水产生的吐作为电子供体，硝酸根作为电子受体被降解为氮气。其中，自养反硝化采用不锈钢、铁、铝、铜、或镍为阴极，采用碳棒、石墨、活性炭、碳纤维、或固相碳源为阳极来进行。 其中，所述外加碳源为甲醇、乙醇、甲酸或乙酸。 其中，在硝酸盐的异养反硝化法中，外加碳源为甲醇及/或乙酸，其反应为5CH30H+6N(V — 3N2+7H20+5C02+60r7. 03CH3C00H+8. 58Ν0「— 0. 58C5H702N+11. 16C02+8 . 580F+7. 74H20+4N2硝酸盐自养反硝化反应为总反应式2.16NCV+7. 24H2+0. 8C02 — 0. 16C5H702N+N2+5. 6H20+2. 160F阳极C+2H20 — C02+4H++4e阴极2H20+& — Η2+20Γ其中，所述载体选用棉线、合成纤维、矿物质、海绵或者多孔性陶瓷。其中，进水的碳氮比介于0.5-3之间。其中，通过连接所述反应槽的上部及下部的水循环口的外部循环管路，使得所述反应槽中的水进行循环。其中，通过连接所述反应槽上部的溢流口的溢流管路，所述反应槽中高于预定水位的水进行溢流。本专利技术的效果本专利技术的去除水中硝酸盐的反应器及方法，自养反硝化与异养反硝化于反应器中协同进行，由异养反硝化产生的二氧化碳与电化学阳极碳氧化产生的二氧化碳共同作为自养反硝化的无机碳源，有效的利用了碳源，提高了能源利用率。并且，该反应器强化生物载体与电极一体化。同时，其生物本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种去除水中硝酸盐的反应器，其特征在于，自养反硝化与异养反硝化于所述反应器中协同进行，所述反应器包括：生物膜组件，所述生物膜组件包括载体及集水器，所述集水器上具有多个过滤小孔，所述载体填充于所述过滤小孔中，所述集水器上方具有一出水口；反应槽，所述生物膜组件置于所述反应槽中，并且，所述反应槽具有一进水口；阳极，设置于所述反应槽中，并置于所述载体周围；阴极，设置于所述反应槽中，并包埋于所述载体中；以及电源，为所述阳极及所述阴极供电。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯传平，赵迎新，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11
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