[发明专利]一种用于消除地下水硝酸盐的脱氮电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于消除地下水硝酸盐的脱氮电极材料及其制备方法和应用，(1)将废旧的橡胶机械破碎后过筛，依次经有机溶剂浸泡、清水清洗、烘干、煅烧得炭黑；(2)将所得炭黑和淀粉混合均匀，加入有机溶剂搅拌至混合物呈面团状；(3)将所得混合物在硬性多孔材料基底上压实，放置至完全干燥后在硬性多孔材料上打孔，然后进行微生物挂膜即得单片脱氮电极材料。将利用电化学方法冲电子后的若干片单片脱氮电极材料依次间隔排布于待处理的地下水流通区域内，相邻单片脱氮电极材料的通孔交错布置，且所有单片脱氮电极材料之间依次串联连接，地下水依次经单片脱氮电极材料处理，脱除地下水中的硝酸盐。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种可以消除地下水硝酸盐的材料制备方法。

背景技术

地下水是重要的饮用水资源之一，据统计，我国半数以上的城市以地下水为主要水源。随着我国人口不断增长，经济迅猛发展，人类对地下水的需求也越来越大。但近几十年来，随着工业和农业的发展，许多地区的地下水都已受到不同程度的硝酸盐污染。地下水中硝酸盐浓度过高会威胁到人类的健康。硝酸盐本身的毒害作用不大，但硝酸盐摄入到人体后，在酸性条件下，合成亚硝胺，会引起高铁血红蛋白症，严重的会导致缺氧死亡。亚硝胺还有强烈的致癌作用。我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定，饮用水中硝酸盐浓度最高为10mg/L，但很多地区的地下水硝酸盐氮浓度都超过了这一指标，地下水中硝酸盐污染已成为一个相当重要的环境问题，地下水硝酸盐的修复也成为研究热点。

地下水修复方法包括物理法、化学法和生物法。物理法的原理是将水中硝酸盐富集浓缩并转移，不但没有去除硝酸盐，处理成本也很高，一般不采用。化学法是利用氧化还原反应进行处理，但反应过程中有副产物生成，且反应进程不易控制。相较而言，生物法的投资少，操作简单，易于管理，工程上应用较多。但生物法也有缺陷，地下水中电子供体不足，导致处理效率降低，若投加电子供体又容易造成二次污染。

发明内容

本发明提供一种可以消除地下水硝酸盐的材料制备方法，该材料使生物法处理地下水硝酸盐的效率大大提高。

一种用于消除地下水硝酸盐的脱氮电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将废旧的橡胶机械破碎后过筛，依次经有机溶剂浸泡、清水清洗、烘干、煅烧得炭黑；

(2)将所得炭黑和淀粉混合均匀，加入有机溶剂搅拌至混合物呈面团状；

(3)将所得混合物在硬性多孔材料基底上压实，放置至完全干燥后在硬性多孔材料上打孔，然后进行微生物挂膜即得单片脱氮电极材料。

打孔步骤中将不同的单片脱氮电极材料上的通孔交错打孔，方便应用时的通孔交错布置。优选地，打孔得到的通孔孔面积为80～120cm²。

本发明以废旧橡胶为原料，经过破碎、过筛、清洗、煅烧后变成炭黑，再以淀粉为粘合剂，将粉末状的炭黑做成面团状，在硬质多孔材料上压实，晾干，制成单片脱氮电极材料。在单片脱氮电极材料上打孔，然后置于反硝化细菌菌液中挂膜。挂好生物膜后，将单片脱氮电极材料用导线连接成整体。

本发明以废旧橡胶为原料，变废为宝，节约了成本，同时减少了废旧橡胶对环境造成的影响。实验证明，本发明对地下水硝酸盐的处理效率高达92％，是传统生物法处理地下水硝酸盐效率的一倍以上，且处理后的水质达到我国《地下水环境质量标准》(GB/T14848-93)规定的II类水质要求以下。

所述废旧橡胶包括橡胶轮胎、橡胶地砖等。

优选地，步骤(1)中过筛后的碎屑粒径为50～500nm；所述有机溶剂为乙醇，有机溶剂中的浸泡时间为20～30分钟；烘干温度为60～100℃；煅烧在管式炉中进行，煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为2～3个小时，煅烧时以纯氮气为保护气。