[发明专利]一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统及其净化方法

说明书

本发明涉及一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统及其净化方法，其特征在于，所述系统包括第一级生物电化学系统（1）、第二级生物电化学系统（2）、阳极一（3）、隔膜一（4）、阴极一（5）、内置水流导筒（6）、阳极二（7）、隔膜二（8）、阴极二（9），直流电源一（10），直流电源二（11），自动控制器（12），参比电极（13），循环泵（14）、负载（15）、阳极室密封盖（16）、高压开关（17）、超滤膜柱（18）、压力储水桶（19）、进水电磁阀（20）、流量调控开关（21）、水流开关（22）、进水口一（23）、净化水出口一（24）、进水口二（25）、净化水出口二（26）、反冲洗排水口（27）、反冲洗阀（28）、阳极室冲洗口（29）、阳极室冲洗阀（30）。本发明主要应用于家庭饮用水的净化，特别是针对硝酸盐、消毒副产物浓度高的饮用水净化。

技术领域

本发明涉及水净化领域，特别涉及饮用水净化领域，具体涉及一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统以及净化方法。

背景技术

我国经过30多年的经济高速发展，资源与能源的过度消耗导致大量的污染物进入自然环境中。其中可溶性的有机、无机污染物、重金属离子大量进入地表水体、地下水系统。水体中由于缺乏足够的电子供体，氨氮经生物硝化后，大多以硝酸盐形式存在于水体中，特别是地下水中硝酸盐显著积累。此外，许多难降解、难于转化的芳香类或含取代基的芳香类污染物（POPs）、重金属离子等在地表水、地下水中长期滞留，这些污染物一旦经饮用水源进入饮用水系统，将对人体健康造成严重的威胁。饮用水厂主要采用混凝、沉淀或澄清、过滤和加氯消毒对饮用水进行处理。这种常规的处理工艺至今仍被世界大多数国家所采用。受污染饮用水源水经常规处理净化，只能去除水中20-30%的有机污染物。由于有机污染物去除效率有限，氯气消毒产生大量的对人体有害的消毒副产物，如卤乙酸（HAAs）、卤甲烷（THMs）、亚硝胺、致诱变化合物（MX）等产物大幅增加。残留的余氯不仅造成人体感官严重不适，还造成输水管道内大量铅、锌、镉等重金属离子的溶出。这些污染物都具有浓度低、环境持久、生物累积、慢性毒性效应和高生物毒性的特点。

在家庭用水终端，各类净水器用于饮用水的净化，主要包括超滤、活性炭吸附、反渗透等主要工艺，其中还结合亚硫酸钙、KDF合金脱氯工艺强化净水效率。消毒副产物大多是一些小分子的污染物，常规的过滤膜对其净化效率非常有限（“纳滤/反渗透分离中有机物的特征参数对截留率的影响研究，膜科学与技术，2006，26，36-40”，“反渗透、纳滤膜技术脱除小分子有机物的研究进展，膜科学与技术，2009，29，1-10”）。超滤膜、活性炭以及反渗透膜自身不能降解污染物，随着使用时间的延长，污染物的积累、孔隙堵塞造成净水效率大幅下降，过滤膜的频繁更换大幅增加了家庭净水的成本。此外，饮用水中的余氯会快速降解以聚酰胺为基材的反渗透膜，给反渗透出水带来安全隐患。

饮用水中的大量有机污染物可通过微生物降解、转化得以去除（“臭氧生物活性炭技术的工艺设计与运行管理，给水排水，2007，33，13-19”，”臭氧-生物活性炭技术在饮用水深度处理中的应用进展，河南化工，2014，31，25-30”，“氯代有机污染物在厌氧条件下还原脱氯的研究进展，环境污染治理技术与设备，2003，4，43-48”，“Removal of haloaceticacids by ozone and biologicallyactive carbon，ScienceAsia，2008，34 293-298”，“Reductive Dehalogenation of Trichloroacetic Acid byTrichlorobacterthiogenesgen. nov., sp. nov.，AEM,2000, 66,2297-2301”，”Biodegradation of HaloaceticAcidsby Bacterial Isolates andEnrichment Cultures from DrinkingWater Systems，Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 3169–3175”）。其中，生物膜工艺、臭氧-生物活性炭是饮用水源水净化的主要工艺，目前，仅有少数饮用水厂（约占2%）采用了臭氧-生物活性炭、或生物膜的处理工艺对饮用水源水进行深度净化。