[发明专利]一种同步去除饮用水中重金属和硝酸盐的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护，具体的说是一种同步去除饮用水中重金属和硝酸盐的方法及其装置。

背景技术

由于地质成因或矿业生产活动，中国一些地区的饮用水，特别是地下饮用水中的砷、镉等重金属常常超标。这些地区也会因为农业生产过量施氮、畜禽养殖废水和城镇生活污水处理不足等导致地下饮用水硝酸盐超标严重。其结果是饮用水中的重金属和硝酸盐均超标，严重危害人们的身体健康。

活性炭对重金属有一定的物理吸附能力。含铁氧化物和锰氧化物的铁锰砂石也可通过物理化学作用吸附沉淀铁、锰、砷等重金属。但铁氧化物或锰氧化物的物理化学吸附能力受其微观形态与结构影响，新生铁氧化物和新生锰氧化物吸附重金属的能力较高。KDF(铜锌)合金和活性炭的组合已被用于去除饮用水中的重金属。饮用水中的重金属通过铜锌的氧化还原作用转化为易被活性炭吸附的形态而被去除。不过，这一过程会释放铜和锌，如果这些重金属超标较为严重，又可能导致出水铜和锌超标。

去除饮用水中硝酸盐的方法有离子交换法、反渗透法、化学法、生物反硝化法等。其中离子交换，反渗透法，成本昂贵，处理后产生的废水可造成二次污染。化学法，比如铁粉还原法，反应速率不易控制，副产物(如氨)多。

生物反硝化法去除饮用水硝酸盐一般需添加适量还原性物质作为电子供体。依据所用电子供体的不同，生物反硝化分为异养反硝化和自养反硝化。异养反硝化的电子供体既可是有机小分子，也可是生物可降解大分子(如棉花和碎木屑)。不过，依靠异养反硝化作用完全去除硝酸盐并确保出水亚硝酸根不超标，以有机小分子为碳源的添加量一般要达到理论上完全去除硝酸盐所需碳源量的120％以上，容易导致微生物过度生长和出水有机碳较高。同时，异养反硝化过程中产生碱度而需要添加无机酸来调控pH。生物可降解大分子一般做成通透性反硝化反应墙，用于地下水硝酸盐的原位去除。

自养反硝化法主要采用单质硫或氢气作为电子供体。当硝酸盐的浓度较高(比如45mgN/L以上)时，单纯依靠硫自养反硝化会导致出水pH下降，硫酸盐含量增加明显而超标。只要出水pH低于8.3，若用碳酸钙去硫酸根除又可能导致钙离子释放而增加出水硬度。用氢气作为自养源时，外源供氢安全管理要求高，一般采用电解方法供氢。不过，氢气在水中溶解度小，氢气利用率低。为了克服这一问题，通过调节外源电压，把电子传递到电极上，让生长在电极上的电化活性反硝化菌直接利用电子和水中的氢离子还原硝酸盐(如专利公开号CN 101381128A)。为了弥补单一方法的不足，也可用复合处理方法，比如自养反硝化与电化反硝化的复合处理方法(如授权公告号CN 1162356C)，异养反硝化与电化反硝化的复合处理方法(如授权公告号CN 1170780C)。

发明内容

本发明目的在于提供一种同步去除饮用水中重金属和硝酸盐的方法及其处理装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同步去除饮用水中重金属和硝酸盐的方法：待处理原水中添加以甲酸为主的、以乙酸或乙醇为辅的小分子有机碳，添加量为异养反硝化作用完全去除原水中平均含量硝酸盐所需碳源的80-90％；以甲酸为主的、以乙酸或乙醇为辅的小分子有机碳的添加使原水pH达到5-3.9；酸化后的原水在有氧条件下通过金属去除柱，利用其中的填料去除重金属；去除重金属的原水进入反硝化反应柱，利用添加量不过剩的小分子有机碳作为碳源，通过异养反硝化作用去除原水中的大部分硝酸盐，利用反硝化反应柱中的填料为电子供体源，通过自养反硝化作用去除原水中的残余硝酸盐；而后通过有氧循环过滤去除原水中其它残留物质，即得到去除重金属和硝酸盐的饮用水。

所述金属去除柱的填料层按石英砂与氧化铁层、石英砂层、活性炭与硫化亚铁层和石英砂层的顺序重复多次铺设而成；其中石英砂与氧化铁层、石英砂层、活性炭与硫化亚铁层和石英砂层的体积比为20-2∶1∶20-2∶1；所述石英砂与氧化铁层，石英砂与氧化铁的体积比为20-2∶1；所述活性炭与硫化亚铁层，活性炭与硫化亚铁的体积比为50-5∶1。

所述反硝化反应柱中的填料，上半部填料层为活性炭和硫化亚铁，按体积比为50-5∶1；下半部填料层为活性炭和氧化铁颗粒，按体积比为100-10∶1。