[实用新型]一种去除水中高氯酸盐的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于水处理用装置的技术领域，涉及一种去除水中污染物的装置。

背景技术

高氯酸盐(ClO₄^-)是环境中的主要无机污染物之一，广泛存在于地表水、地下水和土壤中，其高度的化学稳定性和良好的迁移性，使其成为环境污染治理的一大挑战。环境中的高氯酸盐主要来源于农业、工业和军事，在这些领域中，高氯酸盐主要作为化肥的原料、皮革加工、橡胶制造、涂料和润滑油生产等的添加剂以及火箭、导弹、焰火等的固体氧化剂。饮用水中的高氯酸盐主要通过干扰甲状腺对碘的利用，使甲状腺激素的合成受到抑制，从而威胁人体健康。2009年，美国环保署(USEPA)建议将饮用水中的高氯酸盐浓度标准定为15μg/L。需要指出的是，一些地下水、工业和军事设施废水中的ClO₄^-浓度很高，在160～3000mg/L之间，此外，采用离子交换树脂处理含有高氯酸盐污染物的饮用水时，也会产生高浓度的高氯酸盐洗脱液需要处理。因此，反应器中具有高污泥浓度，从而增加厌氧处理负荷。

目前，高氯酸盐的处理方法主要有物理法、化学还原法和生物法以及组合工艺。物理法不能将高氯酸盐彻底降解，需要后续处理，而化学还原法需要苛刻的反应条件才能保证较高的反应速率。相比之下，利用高氯酸盐还原菌(PRB)将ClO₄^-还原成Cl^-的生物还原方法是去除高氯酸盐的一种廉价高效的处理技术，PRB还原ClO₄^-的过程为ClO₄^-→ClO₃^-→ClO₂^-→Cl^-+O₂。根据电子供体和碳源的不同，生物法处理高氯酸盐可分为异养微生物还原和自养微生物还原，与异养微生物相比，自养微生物处理高氯酸盐的过程能够避免出水的“微生物污染”问题，同时产生的剩余污泥量较少。异养高氯酸盐还原菌以有机物作为电子供体可以有效地实现对高氯酸盐的还原。但是，以有机物作为电子供体容易造成出水的“微生物污染”问题，同时出水中未被微生物利用的有机物易造成配水管网中微生物增殖，产生有害的氯消毒副产物。而以H₂作为电子供体自养高氯酸盐还原菌的还原的效果也很好，但是氢气在水中的溶解度低，并且存在易爆炸、存储和运输困难的缺点。以硫作为电子供体还原高氯酸盐的过程中，由于发生了如下反应：

2.78S⁰+3.32H₂O+ClO₄^-+1.85CO₂+0.462HCO₃^-+0.462NH4⁺→5.69H⁺+2.87SO₄^2-+Cl^-+0.462C₅H₇O₂N

出水中会出现pH值偏低和SO₄^2-超标的问题；如果添加CaCO₃调节pH值，又会出现出水硬度增大的问题。Fe⁰自养还原主要是指微生物利用无机碳(如碳酸氢盐)作为生化反应所需碳源，所需的电子供体指粉末Fe⁰。粉末Fe⁰不溶于水，且可以根据需要缓慢地释放电子，易于维护，运行费用低，是一种经济高效的自养还原高氯酸盐无机电子供体。此外，采用Fe⁰作为电子供体还原高氯酸盐可以避免持续添加有机电子供体或氢气，并且Fe⁰廉价易得，处理过程中不会产生有机物质，避免了多余的有机物在水中造成二次污染，微生物增殖过快等问题。值得注意的是，反应的高效性要求所用的零价铁的还原活性很高，即铁粉的粒径要小，导致铁粉比重较大，使用过程中容易产生团聚，大大降低了铁粉在反应器中的电子传递效率，从而降低高氯酸盐的还原速率。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种以电磁场控制下的零价铁粉为电子供体微生物协同高效去除水中高氯酸盐污染物的装置，克服了以零价铁粉为电子供体的自养还原高氯酸盐现行技术存在的缺陷，将电磁场技术与此项技术结合，通过改变电流大小和方向来控制磁场，有效的改善了铁粉在反应器中的电子传递效率，避免投加有机碳源造成的二次污染。