[发明专利]一种去除水中硝酸盐的装置

说明书

技术领域

本发明涉及水处理工艺设备技术领域，具体地说是涉及一种利用电解单元与催化还原单元去除地下水中硝酸盐的装置。 

背景技术

近年来，随着工农业生产的发展，尤其是合成化工、石油化工、农药及杀虫剂等工业的迅速发展，以及工业废水和城市污水的大量排放，越来越多的硝酸盐污染物进入地下水体。作为城市水源的湖泊、河流和水库，其水源污染现象日益严重，水中硝酸盐导致的饮用水安全问题已经成为威胁人类健康的主要因素之一。硝酸盐对哺乳动物有机体是有害的，在体内硝酸盐被转化为铵，其过程的一个中间步骤是硝酸盐转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐可能引起婴儿先天性心脏缺陷综合症，也是致癌性胺类化合物的前体物。因此，去除水体中硝酸盐的技术已成为本领域技术人员研究的重要课题。 

目前，去除水中硝酸盐的方法主要有：物理法、生物脱氮法和化学还原法。物理法去除地下水中的硝酸盐，所需费用较高，并且只是发生硝酸盐污染物的转移或浓缩，实际上并没有对其进行彻底地去除。生物脱氮法虽然可以将硝酸盐彻底还原成氮气，但抗冲击负荷能力低，存在二次污染，且工艺复杂，不适合小规模及分散给水处理等问题。化学还原法包括金属单质还原法、氢催化还原法和电化学还原法，金属单质还原法是以铁、铝、锌等金属单质为还原剂将硝酸盐还原为氮气，其反应条件难以控制，易产生副产物导致二次污染；氢催化还原法是以氢气为还原剂，在催化剂作用下将硝酸盐进行还原，其反应速度快，可避免对水的二次污染，但是氢气在水中的溶解度低，且易燃易爆，在应用时有诸多不便。电化学还原法是近来来才发展的一种脱硝方法，以电子为还原剂，无须投加催化剂，但至今处于理论研究阶段。 

CN03178365.1“一种去除水中硝酸盐的方法和装置”，公布了一种以氢气为还原剂，在含有硝酸盐水中加入负载型双金属催化剂，在密闭缺氧条件下连续通入氢气而使水中硝酸盐彻底还原成氮气。其中，所采用的H₂和酸度调节物质都是外带的，并且是间歇性操作。当用于实验研究，具有灵活、方便、对研究方案的适应性强等优点。但是，不适用于对饮用供水的连续处理，不宜用于水厂生产化作业；同时，H₂和酸度调节药品试剂的携带与投 加对野外、家居应用不适应，并且催化剂是悬浮于水中的，处理水最后还必须与催化剂进行分离后才能使用。 

CN200410098590.2“金属改性活性炭纤维电极和用该电极去除硝酸盐的方法”，公布了一种利用贵金属如钯、铂、金、铑、钌中的一种和一种非贵金属如铜、锡、铟、锌、银粒子改性活性炭纤维，制成可还原水中硝酸盐的电极，该电极为阴极；石墨、氧化铅等惰性导电材料为阳极，阴阳极之间以质子交换膜隔开，在通电的情况下，将硝酸盐还原。该发明中阴极是硝酸盐催化还原反应发生的地方，由于阴极带负电，与同样带负电荷的硝酸根离子会产生电性相斥效果，这样硝酸根在阴极催化剂表面上附着，进而与阴极上电解产生的H₂发生催化还原反应的机会就较为受限，故反应效率、去除硝酸根的效果都难以提高。 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种处理效率高，反应条件容易控制，不会产生二次污染，并且能进行连续处理含硝酸盐原水的去除水中硝酸盐的装置，使其适宜于实际饮用水的供水处理。 

本发明的目的是这样实现的：一种去除水中硝酸盐的装置，其以电解产氢为还原剂、以电解产CO₂调节进水的pH值，通过催化还原区催化剂的作用达到去除水中硝酸盐的目的。该装置包括反应器容置体，其特点在于，所述容置体内上部为催化还原反应区，下部为电解区，所述催化还原反应区与电解区之间通过布气室隔开，所述布气室顶板、底板设置有若干过流孔；通过电解区阴极产氢的作用，水中硝酸根离子在催化剂表面被还原，反应所需的酸性环境由电解区阳极产生二氧化碳与原水进水接触进行调节；电解区阴极产氢通过过流孔进入布气室，再由布气室进入催化还原反应区。所述布气室顶部为布气板，之上均布设置有若干过流孔，氢气和水流可从过流孔通过；所述催化还原反应区内设置有催化剂，在催化还原反应区上方侧壁设置有进水口；原水通过进水口从催化剂上方容置体侧壁溢流进入催化还原反应区，容置体顶部设置有排气口；所述电解区内阳极和阴极之间采用电解隔膜隔为阳极区、阴极区，电解隔膜孔隙允许水和离子通过，而将阴极、阳极产生的气体隔开；阳极采用石墨，阳极区上方设置有连通管与二氧化碳气体收集管相连，二氧化碳气体收集管接至原水进水口处；阴极采用碳纤维板，阴极区上方通过过流孔与催化还原反应区相通，电解区下方设置有出水管道。