[发明专利]一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统

说明书

本发明提供了一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统。该系统包括反应器主体、若干膜组件、氢气供气单元；氢气供气单元与膜组件连通。该去除方法包括以下步骤：1)将含有硝酸盐污水和污泥通入反应器主体，在氢气供气压力条件下进行挂膜；2)在挂膜完成后，将钯酸盐通入反应器主体中，在氢气供气压力和微生物还原条件下将钯负载在膜组件表面；3)将含有溴代污染物和硝酸盐的污水通入反应器主体中，在钯催化、微生物还原和氢气供气压力条件下将溴代污染物完全矿化，同时将硝酸盐转化氮气。本发明可协同促进溴代污染物和硝酸盐的降解效率，去除效率≥99％，实现了污染物的完全矿化，同时自动化程度高，氢气利用率≥99％。

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其是涉及一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统。

背景技术

近年来，溴代污染物等新污染物也被广泛应用于工业生产和消费品中，导致其不可避免地释放到水环境中，污水中含量逐渐从ng到ug甚至mg/L。由于这些溴代污染物具有高毒性和低可生物降解的特性，传统的污水处理工艺无法将其彻底去除。这些溴代污染物可通过生物放大作用以及食物链的传递对人体产生潜在危害。因此，确保污水中溴代污染物和硝酸盐的有效去除是保障水环境安全和人体健康的关键。

目前，加氢脱溴由于反应条件温和，没有二次污染，被认为是一种很有前景的溴化污染物处理方法。其中，钯由于具有很强的吸附和解离氢气的能力，常被应用于加氢脱溴中。然而由于气体传质受限，目前加氢脱溴反应过程需要连续通入氢气，无法实现精准氢气供应，同时带来严重安全隐患。而膜负载型钯基反应器可能解决这些缺点：钯被负载在中空纤维膜表面，氢气在压力作用下从膜内自发的转移到膜表面钯上进行加氢脱溴反应。尽管加氢脱溴可以有效对溴代污染物进行还原脱溴，然而其难以对降解产物中的苯环进行开环降解，因此仍可能给环境带来潜在风险。例如，四溴双酚A加氢脱溴后产物双酚A仍是持久性有机污染物，需要进一步处理。而微生物被报道可以有效对苯环进行开环降解，实现有机污染物的完全矿化。此外，钯被报道可以还原亚硝酸盐为氮气，但无法将硝酸盐催化还原为亚硝酸盐。然而硝酸盐则可以被微生物还原为亚硝酸盐，从而为钯催化还原脱氮提供足够的亚硝酸盐。因此，通过将加氢脱溴与膜生物反应器进行耦合，可能实现溴代有机污染物和硝酸盐的完全降解。然而，该耦合工艺尚未有任何报道，该系统的运行与控制也存在诸多不确定因素，如何实现反硝化微生物和溴代污染物降解微生物的协同共存问题亟待攻克解决。同时，脱溴后的中间产物可能具有一定生态毒性，是否会对微生物产生不利影响，进而影响后续污染物降解效能还尚不可知。另外，钯化学催化还原速率远快于微生物降解速率，如何实现两者速率匹配从而达到溴代有机污染物和硝酸盐的同步高效降解仍有待进一步研究。此外，在膜生物反应器，生物膜厚度与氢气含量紧密相关，但是较厚的生物膜不仅会降低氢气传质效能，还会抑制微生物活性，从而降低微生物对于污染物的降解效果，因此如何在耦合系统对于膜厚进行动态控制仍是亟需解决的难点问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的方法及系统。在该系统中，溴代有机污染物首先通过钯催化被转化为脱溴中间产物，随后被微生物降解转化为水和二氧化碳；而硝酸盐则首先被微生物还原为亚硝酸盐，随后被钯催化还原为氮气，最终实现了溴代有机污染物的完全矿化，本发明不仅解决了加氢脱溴和生物矿化的限制因素，同时实现了两者的一体化反应，相比传统方法更为安全稳定。同时，脱溴后的产物可作为电子供体，进一步增强了微生物对硝酸盐的还原效能。另外，本发明通过调控氢气压力以及膜曝气反冲洗系统不仅可以实现钯催化速率与微生物降解速率的合理匹配，同时还可以动态调节生物膜厚度，保证微生物活性和氢气传质效能，最终实现了污染物高效降解。本发明可同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐，去除效率均≥99％，实现了污染物的完全矿化，同时具有氢气利用率≥99％、操作简便、自动化程度高等优势。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供了一种同时去除污水中溴代污染物及硝酸盐的系统：