一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统及处理方法技术方案

本发明专利技术涉及废水处理技术领域，具体涉及一种水中硫酸根和氟离子微生物‑电化学耦合处理系统及处理方法。本发明专利技术的处理系统包括人工湿地预处理单元和电容去离子净化单元，人工湿地使用从下至上进水的方式，并在基质层中形成厌氧区、缺氧区和好氧区，电容去离子净化单元设置于人工湿地后端，且采用喷淋进水，除此之外还设置有资源化利用单元；本发明专利技术还包括一种利用上述处理系统处理污水的方法，利用电控模块控制再生过程，结合水质监测装置对水质指标检测的反馈数据，对处理系统进行全自动化管理。本发明专利技术减少了使用和投资成本，对污染物进行回收和资源化利用，同时解决了现有技术中污染物去除效果差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统及处理方法
本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统及处理方法。
技术介绍
黄河上游地区由于岩石矿物风化、地形及气候导致硫酸盐(SO42-)和氟离子(F-)释放。宁夏、甘肃和内蒙古黄河支流中普遍存在苦咸水和高氟水复合污染风险，严重威胁饮用水安全及生态安全。据报道，2012年黄河主要支流清水河与乌梁素海的总溶解性固体(TDS)分别为9160.7mg/L和3790.7mg/L，其中硫酸盐浓度达到3786.2mg/L和1494.6mg/L，并且近几年变化幅度较小。高氟水同样出现在黄河上游支流，2018年清水河和祖厉河的氟离子浓度分别为1.04mg/L和1.90mg/L。典型地区苦咸水和高氟水严重威胁饮用水安全及生态安全，对社会经济发展和生态环境健康产生重大影响。国内外对于氟离子的处理方法多为沉淀法和吸附法，包括化学药剂沉淀、活性炭除氟、超滤除氟、电渗析等等，存在成本高，氟离子浓度较低时去除率低等缺点。对于硫酸盐的处理方法包括化学沉淀法、吸附法、冷冻结晶法、微生物法等，其中化学沉淀法去除率偏低，膜分离和离子交换法成本高，冷冻结晶法仅仅针对高浓度硫酸盐废水。目前有关同时去除水中硫酸盐和氟离子的技术鲜见报道，研发出能满足两种物质在低浓度条件下高效、低成本、稳定去除的技术具有重要意义。专利申请号201811162971.0公开了一种地下水中硝酸盐氮和氟离子处理系统和处理方法，专利申请号201510162775.3公开了一种人工湿地辅助曝气酶解处理含氟废水系统，专利申请号201810234960.2公开了微生物硫还原技术原位去除水体硫酸根的装置及方法，均是用微生物法去除硫酸根和氟离子，虽然处理成本低，可用于低浓度硫酸根、氟离子的去除，但存在处理周期无法控制，处理效果不稳定。
技术实现思路
1.要解决的问题为解决现有技术中污染物去除效果差的问题，本专利技术公开了一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，包括人工湿地预处理单元和电容去离子净化单元，电容去离子净化单元采用喷淋进水；除此之外还设置有资源化利用单元。本专利技术可以实现高效、低成本、稳定脱除水中硫酸根和氟离子，并将脱除的离子富集回收，资源化利用。进一步地，本专利技术还提供一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理方法，使用了上述处理系统，工艺简单、操作方便、资源化利用率高，能有效处理含硫酸根和氟离子废水，改善环境，实现资源再利用的目的，同时解决了现有技术中污染物去除效果差的问题。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术公开了一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，包括人工湿地预处理单元和电容去离子净化单元；人工湿地预处理单元由下至上依次设置有进水口Ⅰ、承托层、基质层和隔板，进水口Ⅰ设置有输送水泵；基质层的顶部设置有植物层，植物层中的植物种植于基质层中；隔板设置有出水口Ⅰ，该出水口Ⅰ与电容去离子净化单元的进水口Ⅱ相连接；电容去离子净化单元设置有进水口Ⅱ、壳体和电极模块，电极模块设置于壳体中，壳体上方设置有进水口Ⅱ，进水口Ⅱ设置有喷淋装置；壳体的下部设置有出水口Ⅱ。优选地，电容去离子净化单元还包括电极传送器和电控模块，电极传送器包括传送带和驱动装置，传送带设置于壳体上，驱动装置设置于传送带与壳体之间；电极模块设置于传送带上；壳体的底部可拆卸地设置有底板，电控模块与驱动装置、电极模块以及底板电连接。优选地，电极模块包括阳极模块和阴极模块；阳极模块包括阳极支撑板、阳极电极板和阳极进水孔，阳极进水孔设置于阳极电极板的中部，阳极电极板设置于阳极支撑板上；阴极模块包括阴极支撑板、阴极电极板和阴极出水孔，阴极电极板和阴极出水孔设置于阴极支撑板上，阳极进水孔的面积与阴极出水孔的面积之和相等。优选地，基质层包括第一基质层和第二基质层；第一基质层设置于第二基质层的下部；且所用填料的粒径由大到小依次为承托层＞第一基质层＞第二基质层，铺设厚度由大到小依次为第二基质层＞第一基质层＞承托层。优选地，电容去离子净化单元的出水口Ⅱ设置有水质监测装置，水质监测装置与电控模块电连接。优选地，还包括资源化利用单元，资源化利用单元包括沉淀池，沉淀池设置有进水口Ⅲ，进水口Ⅲ与电容去离子净化单元的出水口Ⅱ相连接。优选地，沉淀池中设置有搅拌器。本专利技术还提供一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理方法，使用了上述处理系统，处理步骤如下，S100、待处理的污水在蓄水池中均质混合后，通过输送水泵输送至人工湿地预处理单元中进行预处理，所述人工湿地预处理单元中使用了含金属污泥或含金属土壤；S200、上述出水送入电容去离子净化单元中，利用电极模块进行吸附。优选地，还包括后续资源化利用处理，处理步骤如下，S300、电容去离子净化单元的电控模块反接电压后断电，完成电极模块的再生，再将电容去离子净化单元中的污水排至资源化利用单元；所述资源化利用单元包括沉淀池，沉淀池设置有进水口Ⅲ，进水口Ⅲ与电容去离子净化单元的出水口Ⅱ相连接；S400、在S300中的出水中投加脱氟剂并搅拌，搅拌后分离沉淀物后进入S500；S500、对S400中的出水进行蒸干结晶。优选地，脱氟剂是硫酸铝、硫酸镁中的任一种；如果脱氟剂是硫酸铝，则投加的脱氟剂和氟离子的质量比为2.8:1-3.2:1；如果脱氟剂是硫酸镁，则投加的脱氟剂和氟离子的质量比为3:1-3.2:1。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，依次设置有人工湿地预处理单元和电容去离子净化单元；人工湿地通过在基质层中形成厌氧区、缺氧区和好氧区，对进水污染物进行初步预处理，在一定程度上降低污染物浓度，减轻电容去离子净化单元电吸附去除的压力，减少使用和投资成本，并且可以通过调节人工湿地处理时间，起到均质进水，进水离子浓度可控的目的；电吸附装置设置于人工湿地后端去除污染物，并采用喷淋的方式进水，减缓水流冲击，并增大电极模块与污水的接触面积，提高了装置的污染物去除效果，解决了现有技术中污染物去除效果差的问题。(2)本专利技术的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，采用喷淋进水的方式，可以起到减缓水流冲击电极模块的作用，并且喷淋的出水会喷到第一个电极模块的边沿，水从边沿往中心流，可以起到减缓水流流速的作用；喷淋的过程也可以起到曝气的作用，将一部分有机物给氧化掉，加强装置的污染物去除效果。(3)本专利技术的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，电极模块采用阳极支撑板中间进水，阴极支撑板四周出水的进出水方式，延长了废水在电极中的停留时间，提高了电吸附处理效率；阳极进水孔的面积与阴极出水孔的面积之和相等，使得进水与出水体积相当，最大程度优化装置的处理效率。(4)本专利技术的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，其特征在于：包括人工湿地预处理单元和电容去离子净化单元；/n人工湿地预处理单元由下至上依次设置有进水口Ⅰ、承托层(210)、基质层和隔板(250)，所述进水口Ⅰ设置有输送水泵(102)；基质层的顶部设置有植物层(240)，植物层(240)中的植物种植于基质层中；所述隔板(250)设置有出水口Ⅰ，该出水口Ⅰ与电容去离子净化单元的进水口Ⅱ相连接；/n电容去离子净化单元设置有进水口Ⅱ、壳体(370)和电极模块(360)，所述电极模块(360)设置于壳体(370)中，壳体(370)上方设置有进水口Ⅱ，进水口Ⅱ设置有喷淋装置(310)；壳体(370)的下部设置有出水口Ⅱ。/n

【技术特征摘要】
1.一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，其特征在于：包括人工湿地预处理单元和电容去离子净化单元；
人工湿地预处理单元由下至上依次设置有进水口Ⅰ、承托层(210)、基质层和隔板(250)，所述进水口Ⅰ设置有输送水泵(102)；基质层的顶部设置有植物层(240)，植物层(240)中的植物种植于基质层中；所述隔板(250)设置有出水口Ⅰ，该出水口Ⅰ与电容去离子净化单元的进水口Ⅱ相连接；
电容去离子净化单元设置有进水口Ⅱ、壳体(370)和电极模块(360)，所述电极模块(360)设置于壳体(370)中，壳体(370)上方设置有进水口Ⅱ，进水口Ⅱ设置有喷淋装置(310)；壳体(370)的下部设置有出水口Ⅱ。


2.根据权利要求1所述的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，其特征在于：所述电容去离子净化单元还包括电极传送器(320)和电控模块(350)，电极传送器(320)包括传送带(321)和驱动装置(322)，传送带(321)设置于壳体(370)上，驱动装置(322)设置于传送带(321)与壳体(370)之间；电极模块(360)设置于传送带(321)上；
壳体(370)的底部可拆卸地设置有底板(340)，所述电控模块(350)与驱动装置(322)、电极模块(360)以及底板(340)电连接。


3.根据权利要求1所述的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，其特征在于：所述电极模块(360)包括阳极模块和阴极模块；
所述阳极模块包括阳极支撑板(361)、阳极电极板(362)和阳极进水孔(364)，所述阳极进水孔(364)设置于阳极电极板(362)的中部，阳极电极板(362)设置于阳极支撑板(361)上；
所述阴极模块包括阴极支撑板(365)、阴极电极板(366)和阴极出水孔(368)，阴极电极板(366)和阴极出水孔(368)设置于阴极支撑板(365)上，阳极进水孔(364)的面积与阴极出水孔(368)的面积之和相等。


4.根据权利要求1所述的一种水中硫酸根和氟离子微生物-电化学耦合处理系统，其特征在于：所述基质层包括第一基质层(220)和第二基质层(230)；
所述第一基质层(220)设置于第二基质层(230)的下部；且所用填料的粒径由大到小依次为承托层(210)>...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，何斐，彭福全，崔益斌，朱月明，庞晴晴，朱翔，汪龙眠，
申请(专利权)人：生态环境部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32