地下饮用水除硝酸盐技术、生活用水提质增效

news2024/9/29 5:29:40

项目名称

北京某地下水除硝酸盐项目，出水未检出

工艺选择

两处水源，运行方式为一用一备

工艺原理

树脂官能团耐受硫酸盐、氯离子的干扰，实现选择性吸附硝酸根

项目背景

近年来由于农业活动及排污物的影响，部分地表水源水中硝酸盐含量呈现明显的增加趋势，硝酸盐污染成为地下水和饮用水领域关注的热点问题之一。

硝酸盐是有氧环境中稳定的含氮化合物形式，也是含氮有机物通过无机化分解的产物，其本身并无害，但其在人体内可被微生物细菌还原为亚硝酸盐，从而对人体产生危害。

为此许多国家和地区都对饮用水中硝酸盐浓度做了一定的限制,其中,欧盟和世界卫生组织(WHO)规定饮用水中的硝酸盐氮浓度不能超过11.3mg/L;我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)规定饮用水中硝酸盐氮含量不得超过10mg/L。

目前用于去除地下水中硝酸盐的方法有生物反硝化法、反渗透(RO)法、电渗析和离子交换法等。

生物反硝化法是目前已投入使用的较为经济有效的方法，投资与运行费用低，适合大规模生产。现有的生物反硝化法工艺复杂、运行管理要求高、反硝化速度慢、所需反应器体积庞大，且地下水不可避免地会受到残留反硝化碳源、反硝化菌及其代谢产物的污染。

反渗透RO工艺运用各种合成聚合物使水分子通过，而使污物截流，对硝酸盐的去除效果好、设备成熟、自动化程度高,但RO装置投资较高、运行成本高、废水产率高、产水pH 低,另外用RO工艺处理地下水时会产生大量浓缩水，而且由于反渗透膜截留率高,容易产生膜污染问题。

电渗析除硝酸盐具有自动化程度高,产品水质稳定,无需添加化学药剂等优点,但去除效率相对较低,一般在50%左右,且废水产率、设备投资、膜的替换及电耗成本均较高。

离子交换法同样也适用于大规模水处理，将被污染的原水通过含有强碱阴离子交换树脂的树脂床，硝酸根离子与树脂中的氯离子或者碳酸氢根离子发生交换而被树脂吸附。具有简单、高效、树脂经再生后可重复使用、投资和运行费用相对较低等特点。

该地下水除硝酸盐项目，采用离子交换法来去除地下水中的硝酸盐。

项目概况

北京某地下水除硝酸盐项目处理水量是70m³/h，入水硝酸盐的含量为 22mg/l，要求硝酸盐要小于 20mg/l。

科海思技术团队根据项目实际情况，结合当时《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)对硝酸盐含量的标准，采用两处水源，一用一备的运行方式，通过树脂官能团耐受硫酸盐、氯离子的干扰，实现选择性吸附硝酸根。这种工艺的特点在于可以在去除硝酸盐的同时实现变频供水。

一般而言离子交换法去除硝酸盐是使溶液中的NO3-通过与离子交换树脂上的Cl-发生交换而去除，树脂交换饱和后用NaCl溶液再生。而常规的阴离子交换树脂对几种阴离子的选择性顺序为：HCO3-＜Cl-＜NO3-＜SO42-，对硝酸盐没有选择性，优先交换水中硫酸根，造成树脂再生频繁，产水中氯离子含量增高，出水水质稳定性差，树脂交换容量低甚至在使用过程中会出现“雪崩”现象（树脂产水硝酸盐含量突然爆表或高于进水含量）。

换言之，树脂几乎交换了水中的所有的硫酸盐后，才与水中的硝酸盐交换，硫酸盐的存在会降低树脂对硝酸盐的去除能力。因此，用常规的处理含硫酸盐水中的硝酸盐是困难的。

基于这一难题，科海思选用Tulsimer®A-62MP除硝酸盐特种树脂，其优势就在于它可以优先交换硝酸盐，对硝酸盐的交换容量不受水中硫酸盐的影响。在树脂官能团NR3+中的氮原子周围增加碳原子数目可以提树脂对硝酸盐的选择性，

A-62MP“硝酸盐的选择性”是指树脂保留比其他任何离子包括硫酸盐离子更强的亲和力。各种功能组合后放入对硝酸盐有选择性的阴离子交换树脂。它对硝酸盐的选择性顺序依次为：HCO3-＜Cl-＜SO42-＜NO3-

工艺流程图