[发明专利]电渗析离子交换膜生物反应器去除水中高氯酸盐的方法

说明书

本发明涉及一种电渗析离子交换膜生物反应器去除水中高氯酸盐的方法，属于水处理技术的应用领域。其技术原理是对直流电渗析槽进行重新构造，使得反应装置包括电极(阴极、阳极)、电渗析室、膜生物反应室等单元。受高氯酸盐污染的原水首先进入阴极室，在电场的作用下，水中的高氯酸根透过阴离子交换膜富集于膜生物反应室；在膜生物反应室施加高氯酸盐还原菌液和电子供体物质，高氯酸根在膜生物反应室内由微生物生化还原去除；而后，原水由阴极室进入阳极室，直至最终出水。本方法去除高氯酸盐操作简单，占地面积小，处理效率高，原水与高氯酸盐还原菌及电子供体始终不接触，避免了二次污染。

技术领域

本发明涉及一种电渗析离子交换膜生物反应器去除水中高氯酸盐的方法，属于水处理技术的应用领域。本发明提出一种将电渗析与离子交换膜生物反应器协同作用去除水中高氯酸盐的方法。具体是对直流电渗析槽进行重新构造，使得水中高氯酸盐在电场作用下渗析富集至离子交换膜生物反应室，在反应室内添加菌体及电子供体，高氯酸盐通过微生物还原反应得以转化，同时，基于膜生物反应器的优点，出水水质较高，无微生物残余。

技术背景

随着工业化的进行，世界上各地的饮用水都受到了高氯酸盐的污染，美国于20世纪90年代前后一些州和联邦的环保机构发现饮用水中有高氯酸盐的存在。多年来，高氯酸盐被广泛用于火箭推进剂、烟火制造、军火工业、汽车气袋、高速公路安全闪光板等，也作为添加剂被用于润滑油、织物固定剂、电镀液、皮革鞣剂、橡胶制品、染料涂料、冶炼铝和镁电池等产品的生产中，随着生产和使用中高氯酸盐的排放和废弃使其越来越多地进入到环境中。由于高氯酸盐高溶解性，高迁移性，高富集性，低降解性的理化特性，使得我国的地下饮用水面临着高氯酸盐大片污染的问题。这使得我国用水的安全面临着严峻挑战。

高氯酸盐的去除方法常见的有物理法、化学法、生物法三大类。物理法是将高氯酸盐从水中分离出来，有较好的去除效果。但实际中会产生富含高氯酸盐的浓卤水难以处理。高氯酸盐化学性质较稳定，普通的还原剂不能将其还原。大多数化学还原反应的反应速率较慢，大规模的应用需要使用一种高效安全的催化剂，这就使得处理成本较高。目前，生物法降解高氯酸盐的应用较为广泛。生物降解法是利用微生物，在电子供体(还原剂)的作用下将高氯酸盐还原的方法。微生物将ClO₄^-、ClO₃^-等作为电子受体，以有机物(醇类、羧酸类、羧酸盐类等)或无机物质(如Fe、H₂、S等)为电子供体，当电子从电子供体到达电子受体上时，产生能量，微生物利用这部分能量合成新细胞，并逐步把ClO₄^-降解，从而达到去除目。

发明内容

本发明针对一般物理化学过程难以去除的高氯酸盐，提出一种基于物化与生化过程协同去除高氯酸盐的方法及其相关反应器。本发明充分克服了电渗析和离子交换膜生物反应器各自的缺陷，充分发挥二者之间的优势，通过电渗析与离子交换膜生物反应器还原去除高氯酸盐过程相结合，形成一种无二次污染、操作简单、易于在工程中应用的水中高氯酸盐去除技术。

本发明的技术原理是：在电渗析的作用下，水中的高氯酸根透过阴极室的阴离子交换膜进入并富集于膜生物反应室；在膜生物反应室施加高氯酸盐还原菌液，并添加电子供体物质，高氯酸根在膜生物反应室内由微生物生化还原去除；同时，原水由阴极室进入阳极室，直至最终出水。上述过程充分发挥了电化学与微生物的作用，有效提高了处理效率，并充分简化了生物处理单元。

为了实现上述目的，本发明采取如下方案：

对直流电渗析槽进行重新构造，在直流电解槽内分别采用阴、阳离子交换膜将阴、阳两极隔开，使得电解槽分为阴极室、离子交换膜生物反应器室(简称膜生物反应室)、阳极室三个区域；受高氯酸盐污染的原水首先进入阴极室，在电场的作用下，水中的高氯酸根透过阴极室的阴离子交换膜进入并富集于膜生物反应室；在膜生物反应室施加高氯酸盐还原菌液，并添加电子供体物质，高氯酸根在膜生物反应室内由微生物生化还原去除；原水由阴极室进入阳极室，直至最终出水。