脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于水處理領域，具體涉及一種脫除地下水中硝酸鹽氮的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近些年，由于隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，尤其以農(nóng)業(yè)上氮肥的使用，使得地下水中的硝酸鹽氮污染越來越嚴重，全國十大水系淺層地下水氮含量普遍超標。地下水作為我國的主要飲水來源，提供了全國70%人口的飲水、95%的農(nóng)村飲用水。飲用水中所含的硝酸鹽本身對人體沒有危害，但硝酸鹽在人體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽對人體健康有極大的危害，會引起嬰兒高鐵血紅蛋白癥、“三致”等。因此，如何有效地去除地下水中的硝酸鹽氮迫在眉睫。目前，國內(nèi)外常用的硝酸鹽修復技術主要有生物反硝化、電滲析、反滲透、離子交換法和鐵肩還原法等。利用電滲析、反滲透、離子交換法去除地下水中的硝酸鹽氮只是將硝酸鹽集中于介質(zhì)或廢液中，只起到了廢液轉(zhuǎn)移或者濃縮作用，且成本高、處理能力弱、處理不徹底、會產(chǎn)生二次污染等；而鐵肩還原法需要嚴格調(diào)節(jié)PH值，且處理后水中含有較多氨氮，仍需后續(xù)處理。因此尋找一種有效的應對地下水硝酸鹽污染的處理系統(tǒng)及方法成為了水廠必須解決的難題，對保障供水安全具有重大意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)能有效去除地下水中硝酸鹽氮。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是:脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于包括反應器本體、正電極、負電極、直流電源、橡膠磁板、上擋板、下?lián)醢濉⑦M水管、出水管；反應器本體的中心軸線上設置有正電極，正電極選用石墨碳棒，緊貼于反應器本體內(nèi)壁設置有負電極，負電極選用鎳板或鈦板材質(zhì)；使用時，微生物附著在負電極的表面形成生物膜；正電極和負電極分別通過導線接直流電源的正極和負極；反應器本體內(nèi)的底部設有下檔板，下檔板位于正電極、負電極的下方，下檔板上開有進水孔，反應器本體的底部設有進水管，進水管的出口位于下檔板的下方；反應器本體內(nèi)的上端部設有上擋板，上擋板位于正電極、負電極的上方；出水管設置在反應器本體的上部外壁上，出水管與反應器本體的內(nèi)腔相通；反應器本體外包裹有橡膠磁板。
[0005]所述反應器本體采用圓筒結(jié)構。
[0006]所述反應器本體的底部設有蓄水腔，蓄水腔位于下檔板的下方。
[0007]所述的正電極的上端、負電極的上端分別與上擋板固定。所述的正電極的下端、負電極的下端分別與下檔板固定。
[0008]本實用新型是電極-生物膜-磁場相耦合的過程，反應原理如下:
[0009]反應器陰極電解水產(chǎn)生的H2作為電子供體，水中NO 3_作為電子受體，利用固定于反應器陰極表面的生物膜，將no3_還原為N2,實現(xiàn)反硝化脫氮。該技術中陰極產(chǎn)生的氫氣可被固著其上的反硝化菌高效利用，石墨碳棒陽極的氧化產(chǎn)物CO2可為反硝化菌提供碳源，同時對反硝化過程中產(chǎn)生的OH—具有一定的緩沖作用，有利于反硝化進行。反應式如下:
[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]上述反應過程中電流提供電子供體的同時，也形成了電場。反硝化主要發(fā)生在陰極表面，而作為反硝化的主要對象no3_卻受到陽極方向電場力的作用，且隨著電流強度的增加，電場力增大，阻礙NO3-向陰極擴散，從而降低了反應器的傳質(zhì)效率。
[0013]本實用新型中反應器本體外包的橡膠磁板產(chǎn)生的磁場對運動電荷能產(chǎn)生作用力即洛倫磁力，洛倫磁力能改變N03_的受力情況，能促使NO 3_向陰極移動，有利于NO 3_在陰極發(fā)生反硝化反應。另外外加磁場對微生物生長、微生物酶活性以及微生物細胞膜通透性等方面也產(chǎn)生一定的影響，這些在很大程度上提高了硝酸鹽的傳質(zhì)效率和去除率。
[0014]本實用新型將生物法和電化學法及磁技術有機結(jié)合，利用了自養(yǎng)微生物反硝化不需有機碳源、生物膜與電極之間的高效傳質(zhì)等特點，不產(chǎn)生任何影響水質(zhì)安全的副產(chǎn)物，是一種清潔的地下水脫氮系統(tǒng)及方法。
[0015]本實用新型的有益效果是:該處理系統(tǒng)能有效去除地下水中硝酸鹽氮(出水總氮去除率在90%以上)。本實用新型主要用于處理被硝酸鹽污染的地下水。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構示意圖。
[0017]圖中反應器本體；2_正電極；3_負電極；4_直流電源(直流穩(wěn)壓電源)；5-橡膠磁板；6_上擋板；7_下?lián)醢澹?_進水管；9-出水管，10-進水孔。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，包括反應器本體1、正電極2、負電極3、直流電源(直流穩(wěn)壓電源)4、橡膠磁板5、上擋板6、下?lián)醢?、進水管8、出水管9 ;所述反應器本體I采用圓筒結(jié)構；反應器本體I的中心軸線上設置有正電極2，正電極選用石墨碳棒，緊貼于反應器本體I內(nèi)壁設置有負電極3，負電極3選用鎳板或鈦板材質(zhì)；使用時，微生物附著在負電極3的表面形成生物膜；正電極2(陽極)和負電極3(陰極)分別通過導線接直流電源4的正極和負極；反應器本體內(nèi)的底部設有下檔板7，下檔板7位于正電極2、負電極3的下方，下檔板7上開有(均勻布置的)進水孔10 (下檔板既固定電極又有均勻配水作用)，反應器本體I的底部設有進水管8，進水管8的出口位于下檔板7的下方(進水管8的出口與進水孔10相通，進水管8接地下水)；反應器本體內(nèi)的上端部設有上擋板6，上擋板6位于正電極2、負電極3的上方；出水管9設置在反應器本體I的上部外壁上，出水管9與反應器本體I的內(nèi)腔相通(處理后的水通過出水管9排出系統(tǒng))；反應器本體I外包裹有橡膠磁板5 (橡膠磁板的磁場方向為沿反應器本體半徑向內(nèi))。
[0019]所述反應器本體的底部設有蓄水腔(底部為錐形體)，蓄水腔位于下檔板7的下方。
[0020]所述的正電極2的上端、負電極3的上端分別與上擋板6固定(擋板6起固定電極的作用)；所述的正電極2的下端、負電極3的下端分別與下檔板7固定。
[0021]本實用新型以被硝酸鹽污染的地下水為處理對象，采用電極-生物膜-磁場耦合水處理裝置，在如下控制條件下:進水硝酸氮濃度小于80mg/L，進水溫度控制在10 ~30°C，進水pH值為6.5 ~ 8.5，水力停留時間為4~10h，正電極和負電極的極板間距30~50cm,電流密度0.005-0.012 mA/cm2，外包橡膠磁板的磁場強度為25~55mT，可較好地實現(xiàn)脫氮，出水總氮去除率在90%以上。
【主權項】
1.脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于包括反應器本體(I)、正電極(2)、負電極(3)、直流電源(4)、橡膠磁板(5)、上擋板(6)、下?lián)醢?7)、進水管(8)、出水管(9);反應器本體(I)的中心軸線上設置有正電極(2)，正電極選用石墨碳棒，緊貼于反應器本體(I)內(nèi)壁設置有負電極(3)，負電極(3)選用鎳板或鈦板材質(zhì)；使用時，微生物附著在負電極(3)的表面形成生物膜；正電極(2)和負電極(3)分別通過導線接直流電源(4)的正極和負極；反應器本體內(nèi)的底部設有下檔板(7)，下檔板(7)位于正電極(2)、負電極(3)的下方，下檔板(7 )上開有進水孔(10 )，反應器本體(I)的底部設有進水管(8 )，進水管(8 )的出口位于下檔板(7)的下方；反應器本體內(nèi)的上端部設有上擋板(6)，上擋板(6)位于正電極(2)、負電極(3)的上方；出水管(9)設置在反應器本體(I)的上部外壁上，出水管(9)與反應器本體(I)的內(nèi)腔相通；反應器本體(I)外包裹有橡膠磁板(5)。2.根據(jù)權利要求1所述的脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述反應器本體采用圓筒結(jié)構。3.根據(jù)權利要求1所述的脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述反應器本體的底部設有蓄水腔，蓄水腔位于下檔板的下方。4.根據(jù)權利要求1所述的脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的正電極的上端、負電極的上端分別與上擋板固定。5.根據(jù)權利要求1所述的脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的正電極的下端、負電極的下端分別與下檔板固定。
【專利摘要】本實用新型屬于水處理領域。脫除地下水中硝酸鹽氮的處理系統(tǒng)，其特征在于包括反應器本體、正電極、負電極、直流電源、橡膠磁板、上擋板、下?lián)醢?、進水管、出水管；反應器本體的中心軸線上設置有正電極，正電極選用石墨碳棒，緊貼于反應器本體內(nèi)壁設置有負電極，負電極選用鎳板或鈦板材質(zhì)，微生物附著在負電極的表面形成生物膜；正電極和負電極分別通過導線接直流電源的正極和負極；反應器本體內(nèi)的底部設有下檔板，下檔板上開有進水孔，反應器本體的底部設有進水管；反應器本體內(nèi)的上端部設有上擋板；出水管設置在反應器本體的上部外壁上，出水管與反應器本體的內(nèi)腔相通；反應器本體外包裹有橡膠磁板。該處理系統(tǒng)能有效去除地下水中硝酸鹽氮。
【IPC分類】C02F3/34
【公開號】CN204689731
【申請?zhí)枴緾N201520206468
【發(fā)明人】賀杏華
【申請人】武漢輕工大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年4月8日