[发明专利]一种地下水中硝酸盐选择性去除工艺与设备

说明书

本发明名称为一种地下水中硝酸盐选择性去除工艺与设备，属于环境保护及地下水处理领域。针对当前地下水中硝酸盐选择性去除工艺中新型硝酸盐选择性树脂成本高昂、失效再生液净化工艺复杂等不足，本发明提供了一种以商业三甲胺基强碱性阴离子树脂为吸附剂的地下水中硝酸盐选择性去除‑失效再生液电化学原位净化为特征的地下水中硝酸盐选择性去除工艺与设备，树脂成本低(与硝酸盐选择性树脂相比)，硝酸盐选择性好，对其它阴离子无显著性去除，失效再生液经净化后恢复再生功能，硝酸盐经选择性吸附富集至再生液中，最后转化为无毒无害的氮气。该工艺与设备无高盐废水产生和排放。

技术领域

本发明涉及一种地下水中硝酸盐的选择性去除方法与设备，更具体的说是一种以三甲胺基商业强碱性阴离子树脂为基础、以地下水中硝酸盐选择性去除-失效再生液中硝酸盐电化学原位净化为主要特征、无高盐废水产生的地下水中硝酸盐选择性去除工艺与设备。

背景技术

地下水作为水源，提供全球25％-40％的饮用水。近年来，由于氮肥的使用量的不断加大，土地利用类型从放牧到农耕的转变，以及低地河流地区城市污水排放量增加等原因，地下水中的硝酸盐(NO₃^-)浓度不断增加，已经成为一个严重的全球环境问题。长期饮用含高浓度NO₃^-的水源水可能会导致多种人体健康问题，比如蓝婴综合征和甲氧蛋白血症、成年人胃癌等。由于硝酸盐的稳定性和溶解性，其可沉淀性和吸附性均较差，很难通过混凝、沉淀、过滤、消毒等常规饮用水处理技术进行去除。许多专利技术采用低成本吸附剂法、反渗透法、电渗析法、生物处理法、活泼金属还原和催化还原法、电化学法等不同工艺净化地下水中的超标硝酸盐，取得了较好的硝酸盐去除效果，但同时也存在各自的不足之处。例如：海泡石、赤泥、活性炭布、壳聚糖等低成本吸附剂对硝酸盐的吸附普遍缺乏选择性，吸附容量普遍较小(与商业阴离子树脂对比)，同时普遍缺乏合适的再生手段(即属于一次性吸附材料)；反渗透膜技术、电渗析技术也无法选择性去除地下水中硝酸盐，最终不同杂质阴离子都被浓缩到无法回收利用的废弃浓盐水中，造成以高盐度为特征的二次污染排放；生物法需要补充各种有机、无机营养物，其净化过程有可能引入致病菌，并产生有毒有机副产物和剩余污泥问题；活泼金属还原法和催化还原法会产生对人体有害的NO₂^-和NH₃(NH₄⁺)等NO₃^-还原副产物，并非彻底脱氮，且反应效率受地下水盐度影响极大；电化学法在处理较低盐度地下水时硝酸盐净化效果较差，等等。

商业强碱性阴离子树脂上吸附活性结构为三甲胺基团，它通过离子交换作用同时无差别地吸附不同阴离子(包括硝酸盐)，与前述低成本吸附剂相比三甲胺基商业强碱性阴离子树脂具有更高的市场化程度(商业化销售、普通易得)、更高的吸附容量，并可以通过无机再生液的再生操作恢复树脂的再生能力，被频繁用于饮用水中硝酸盐的净化处理。如申请号为201510584246.2，名称为一种去除饮用水中硝酸盐的工艺以及设备，授权公告号为CN 105217724 B的发明专利，又如申请号为201410569735.6，名称为一种树脂脱污水厂出水硝酸盐氮及树脂再生液处理的方法，公开号为CN 104261596 A的发明专利，等等。然而，由于三甲胺基团对硝酸盐的吸附并没有选择性，基于三甲胺基商业强碱性阴离子树脂的水中硝酸盐净化技术在吸附水中硝酸盐时，其它杂质阴离子也被吸附到树脂上，这些杂质阴离子大量占据了树脂上的活性位点，最终严重影响了树脂对硝酸盐的吸附量，并且降低了再生液利用效率(更多被用于其它杂质阴离子从树脂上的脱附)。总之，以三甲胺基商业强碱性阴离树脂为主要吸附材料的硝酸盐净化技术并不以硝酸盐的选择性去除作为专利技术的主要特征。