[发明专利]一种消除地下水中硝酸盐的装置及方法

说明书

本发明公开了一种消除地下水中硝酸盐的装置及方法，装置包括地上装置和地下装置，地上装置包括电化学反应池，电化学反应池内由交换膜分隔为阳极池和阴极池，阳极池内设置微生物阳极，阴极池内设置光电阴极；地下装置包括由交换膜分隔的阳极室和阴极室，阳极室内设置金属阳极，阴极室内设置脱氮阴极；微生物阳极与脱氮阴极以导线相连，光电阴极与金属阳极以导线相连。将脱氮阴极进行挂膜，然后向地上装置阳极池内通入有机废水，水力停留时间为20～24h，进水COD浓度为500～800mg/L。解决了地下水硝酸盐还原过程中电子供应不足导致硝酸盐处理效果差的问题，既处理了有机废水，又有效地提高了原位处理地下水硝酸盐的效率。

技术领域

本发明属于废水处理技术和生物能源领域，具体涉及一种消除地下水硝酸盐的装置及方法。

背景技术

地下水是水资源的重要组成部分，具有分布广泛、易于开发利用等优点，是人类重要的饮用水源之一。然而，随着工农业的不断发展，地下水硝酸盐污染已经成为一个普遍的现象，并且有日益加重的趋势，因此修复地下水硝酸盐污染的研究已成为当今研究的热点。

地下水中的硝酸盐本身对人体的危害并不大，但含量过高时会败坏水味，严重时会引起腹泻。硝酸盐的危害关键在于它进入人体后，会在胃液的作用下将硝酸盐转化成亚硝酸盐，而亚硝酸盐可以对人体健康构成威胁。亚硝酸进入人体血液后，能与血红蛋白反应形成高铁血红蛋白，从而影响血液中氧的传输能力，使组织因缺氧而中毒，重者可导致呼吸循环衰竭。

地下水污染修复技术有很多，按修复方式可分为异位修复和原位修复技术。原位修复技术是指在基本不破坏土体和地下水自然环境条件下，对受污染对象不作搬运或运输，在原地进行修复的方法。原位修复技术不但可以节省处理费用，还可减少地表处理设施的使用，最大程度地减少污染物的暴露和对环境的扰动，因此应用更有前景。其中原位微生物处理技术以其处理费用低、二次污染少、对污染位点的干扰或破坏最小等优势得到广泛应用。而限制生物修复的最关键因素是在不外加有机碳源的情况下，微生物脱氮速度很慢，硝酸盐去除效率较低，但投加有机碳源又有二次污染风险，因此，开发更合理的地下水修复工艺成为研究重点。

发明内容

本发明提供一种消除地下水中硝酸盐的装置及方法，该装置能在不外加电源的情况下，去除地下水中的硝酸盐，同时去除有机废水中的COD，去除污染，节能减耗。

一种消除地下水中硝酸盐的装置，包括地上装置和地下装置，所述地上装置包括电化学反应池，所述电化学反应池内由交换膜分隔为阳极池和阴极池，所述阳极池内设置微生物阳极，所述阴极池内设置光电阴极；所述地下装置包括由交换膜分隔的阳极室和阴极室，所述阳极室内设置金属阳极，所述阴极室内设置脱氮阴极；所述微生物阳极与脱氮阴极以导线相连，所述光电阴极与金属阳极以导线相连。所述地上装置阳极室内为有机废水，采用了连续进水运行模式；所述地下装置阴极室内设有脱氮阴极，脱氮阴极具有储存电子的能力；本发明地上装置阴极室内设有P型光电阴极，在光照情况下，光电阴极受激发产生空穴，吸引来自地下装置内金属阳极的电子，推动整个回路的电子流动起来，形成电流。

本发明利用微生物阳极表面的微生物，将阳极室内的有机废水分解，产生的电子通过微生物传递到阳极上，经导线传递给脱氮阴极，地下水中的硝酸盐在反硝化细菌的作用下，利用脱氮阴极上的电子还原为氮气。多余的电子储存在脱氮阴极里。夜间或者阴雨天气时，没有太阳光，光电阴极不能被激发，阴极和阳极之间的电势差较低，没有电流产生。此时，地下水中的硝酸盐可以利用脱氮阴极储存的电子进行还原。本发明装置无需额外供电。

本发明装置将地上有机废水氧化与地下水硝酸盐还原相结合，解决了地下水硝酸盐还原过程中电子供应不足导致硝酸盐处理效果差的问题，既处理了有机废水，又有效地提高了原位处理地下水硝酸盐的效率。同时，本发明利用太阳光作为光源，不外加其他能源投入，节能减耗。