本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种去除水中硝酸盐的方法及装置。
背景技术：
我国由于农业和工业污染引起地下水硝酸盐污染严重，其中北京、天津、河北等华北地区最为突出。硝酸盐对人体危害的关键是其在人体内可经硝酸盐还原酶作用生成亚硝酸盐，而亚硝酸盐能使血液中正常携氧的低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，因而失去携氧能力而引起组织缺氧，同时还是一种致癌物质，对人体健康构成严重的威胁。因此开发高效经济的地下水硝酸盐去除方法始终是饮用水净化技术领域的研发热点。
作为传统技术，化学法是利用一定的还原剂还原水中的硝酸盐从而去除硝酸盐，目前研究较多的还原剂有金属Fe0、二价铁Fe2+等，由于反应条件的控制比较严格、能耗大，产生浓缩液，副产物易造成酸碱等二次污染。
异养和自养生物反硝化法等生物技术克服了传统技术能耗大、效率低、二次污染等缺点，具有反应条件温和(常温常压)，设备简单、操作方便、运行费用低、效率高、环境友好等优点。但是硫自养反硝化法，在低温条件下，脱氮效率低，而且在高浓度硝酸盐(40mgN/L以上)条件下，容易导致生成的硫酸盐副产物浓度超标，造成二次污染。这些缺陷使得硫自养反硝化法大规模的推广应用受到了限制。
物理化学法主要有蒸馏、膜分离法(反渗透、电渗析等)、离子交换法、电解法等，这些方法虽然脱盐效果好，运行稳定，自动化程度高，其中电渗析不受温度等影响，电耗低，但此方法存在处理费用高、前处理要求高等问题。
CN1403389A公开了一种硫自养反硝化与电化学自养反硝化相结合脱除饮用水中硝酸盐氮的方法，脱氮效率可达98％以上，处理后水中硝酸盐氮含量低于0.01mg/L，其中氢为电子供体，避免了二次污染，但是，氢气在水中的溶解度较低，致其利用率低，且存在安全隐患，出水硫酸根的二次污染问题也没有得到有效的改善。
CN102259978A公开了报道了一种去除水中硝酸盐的反应器和方法，利用软性生物载体使生物膜附着在阴极附近，通过添加外加碳源，构建了自养异养的协同反硝化体系，并将碳氮比降到了0.5～3，且取得较好去除效果。但电化学作用部分与微生物并未分开，过高的电流会影响微生物的活性，氢气的产量因而受限，自养反硝化在反应体系中的作用也随之受到限制，自养反硝化作用不充分，异养产生的CO2仍有浪费，水中硝酸盐的去除效率较低。
技术实现要素：
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种去除水中硝酸盐的方法。
本发明所述方法包括：将原水经过硫自养反硝化后得到的液体进行电渗析处理。
针对地下水中硝酸盐，通过硫自养反硝化作用将硝酸盐去除，同时利用电渗析作用优先去除水中SO42-等高电荷阴离子，进一步去除硝酸盐、降低硫段处理负荷，同时将硫自养反硝化产生的硫酸盐副产物去除、平衡水质，利用生物硫自养反硝化和电渗析脱硝的协同作用，达到既能有效去除高浓度硝酸盐，又能在常温下控制硫酸盐副产物。将硫自养反硝化与电渗析进行系统结合，不但能克服低温硫自养反硝化效率不足，而且能够有效降低电渗析水处理运行成本，经济有效的保证用水安全。
所述硫自养反硝化的电子供体包括单质硫。
优选地，所述单质硫包括硫磺。
优选地，所述硫磺的粒径为0.1～10mm，优选0.3～5mm，进一步优选2～3mm。
优选地，所述硫自养反硝化的过程包括：将单质硫颗粒做为填料，填充在硫自养柱中，进行自养反硝化。
优选地，所述自养反硝化过程中，原水在硫自养柱中的停留时间为0.5～5h，例如0.6h、1h、1.5h、1.8h、2h、3h、4h或4.5h等，优选1～2h，进一步优选1.5h。
利用硫单质作为电子供体，硝酸盐作为电子受体进行自养反硝化，将硝酸盐转化为无害的氮气；当硫磺粒径大于10mm时，其比表面积小，单位体积的硫自养柱内的电子供体少，硫自养反硝化去除硝酸盐的速率和效率均低，当硫磺粒径小于0.1mm时，小粒径的硫磺颗粒增加后续工艺的除杂负担，且不易制备。若原水在硫自养柱中的停留时间小于0.5h，不能充分反应，增加电渗析的负担，若原水在硫自养柱中的停留时间大于5h，则造成不必要的资源浪费，当原水在硫自养柱中的停留时间为0.5～5h时，即可保证硫自养反硝化完全。
本发明所述电渗析的工作电压为2～60V，例如3V、5V、8V、11V、16V、20V、24V、26V、29V、32V、34V、36V、39V、43V、47V、51V或59V等，优选10～40V，进一步优选25～35V。
不同电压下，电渗析对硝酸根、硫酸根的去除效果不同。电压高于60V时，硝酸根和硫酸根的去除率均大于50％，但是能耗高，大幅增加了工艺成本。电压小于2V时，硝酸根和硫酸根的去除率小于20％，不能充分发挥电渗析的作用，出水质量低。
本发明所述原水硝酸盐浓度＞35mgN/L，如36mgN/L、37mgN/L、39mgN/L、42mgN/L、44mgN/L、46mgN/L、48mgN/L、50mgN/L、52mgN/L、54mgN/L、56mgN/L、59mgN/L或62mgN/L等，优选所述原水硝酸盐浓度为40～60mgN/L，进一步优选45～55mgN/L。
硫自养反硝化法在高浓度硝酸盐(35mgN/L以上)条件下，容易导致生成的硫酸盐副产物浓度超标，本发明所述方法能有效提高整体工艺的水质适应性。
本发明所述硫自养反硝化和所述电渗析出水掺混比例为0∶1～1∶1，优选1∶3～2∶3，进一步优选1∶2。
若出水全部来自电渗析，虽然能保证硝酸盐和硫酸盐的浓度均不超标，但电渗析水处理所造成的运行成本会很高；硫酸盐是硫自养反硝化的副产物，若硫自养反硝化和电渗析出水掺混比例大于1∶1，虽然工艺成本降低了，但生成的硫酸盐容易超标，硫自养反硝化和电渗析出水掺混比为0∶1～1∶1时，能经济有效地保证用水安全。
本发明的目的之二是提供一种去除水中硝酸盐的装置，包括：硫自养反硝化单元，设置于所述硫自养反硝化单元下游的电渗析单元。
优选地，所述去除水中硝酸盐的装置用于如本发明目的之一所述的去除水中硝酸盐的方法。
所述硫自养反硝化单元与所述电渗析单元之间设置过滤单元。
优选地，所述硫自养反硝化单元之前设置有用于储存原水的蓄水单元。
所述硫自养反硝化单元包括硫自养柱，设置于所述硫自养柱底部的入水口，用于原水的输入，和设置于所述硫自养柱顶部的溢流口，用于硫自养反硝化处理后的液体的输出。
所述的装置包括：依次连接的蓄水单元、硫自养反硝化单元、过滤单元、电渗析单元和消毒单元。
所述蓄水单元的出水口与硫自养反硝化单元硫自养柱底部的入水口连接，硫自养反硝化单元硫自养柱顶部的溢流口与过滤单元的入水口连接，过滤单元出水口分别于与电渗析单元入水口和消毒单元第一入水口连接，电渗析单元出水口与消毒单元第二入水口连接，消毒单元设有出水口。
所述消毒单元第一入水口和所述消毒单元第二入水口相同或不同。
所述过滤单元出水口与电渗析单元入水口之间设置第一阀门，所述过滤单元出水口与消毒单元第一入水口之间设置第二阀门和第二流量计；所述电渗析单元出水口与消毒单元第二入水口之间设置第三阀门和第三流量计。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
通过集成生物硫自养反硝化和电渗析脱硝技术，形成高效、经济、稳定的饮用水脱硝组合工艺技术，克服了生物反硝化硝酸盐负荷低、出水硫酸盐容易超标的问题。通过对硫磺粒径、停留时间、电渗析工作电压、出水掺混比等操作参数优化，经济有效地提高整体工艺的水质适应性、水处理效率和出水稳定性，能够处理硝酸盐浓度＞35mgN/L的原水。
附图说明
图1为本发明实施例提供的去除水中硝酸盐的装置结构示意图；
图中标记示意为：1-给水箱、2-硫自养反硝化柱、3-砂滤池、4-电渗析、5-流量计、6-水泵、7-阀门、8-消毒
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
工艺流程：
1)原水进入调节水箱，通过硫自养柱开始生物反硝化过程，所述硫自养柱体外形为圆柱体，硫自养柱体积为1m3，内部活性成分为硫磺颗粒。
2)根据原水初始硝酸盐浓度确定硫自养水力停留时间，硫自养反硝化出水进入多介质滤池去除水中胶体颗粒物，为后续电渗析单元做好水质准备。
3)根据硫自养反硝化段出水确定电渗析工作电压和水力停留时间，电渗析段进一步脱硝，并去除生物反硝化副产物硫酸盐。
4)监测最后电渗析出水，确定硫自养反硝化段和电渗析脱硝段出水掺混比例。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
原水硝酸盐浓度为35mgN/L、硫酸盐浓度为120mg/L，硫磺颗粒的中值粒径为10mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间0.75h，出水硝酸盐达16.6mgN/L，出水硫酸盐达到265mg/L，开启电渗析，电压5V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为1∶1，出水硝酸盐和硫酸盐浓度满足生活饮用水标准限值(硝酸盐20mgN/L、硫酸盐250mg/L)。
实施例2
原水硝酸盐浓度为43mgN/L、硫酸盐浓度为120mg/L，硫磺颗粒的中值粒径为1mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为1.5h，出水硝酸盐达12mgN/L，出水硫酸盐达到285mg/L，开启电渗析，电压35V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为1∶1，最终出水硝酸盐达8mgN/L，最终出水硫酸盐达到209mg/L。
实施例3
原水硝酸盐浓度为60mgN/L、硫酸盐浓度为70mg/L，硫磺颗粒的中值粒径为0.1mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为2.5h，出水硝酸盐达18.5mgN/L，出水硫酸盐达到301mg/L，出水硝酸盐超标；开启电渗析，电压25V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为1∶2，最终出水硝酸盐达15.2mgN/L，最终出水硫酸盐达到235mg/L。
实施例4
原水硝酸盐浓度为45mgN/L时，硫酸盐浓度为80mg/L，硫磺颗粒的中值粒径为2mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为2h，出水硝酸盐达12.6mgN/L，出水硫酸盐达到290mg/L，出水硫酸盐超标，开启电渗析，电压40V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为1∶1，最终出水硝酸盐达9mgN/L，最终出水硫酸盐达到209mg/L。
实施例5
原水硝酸盐浓度为55mgN/L时，硫酸盐浓度为80mg/L，硫磺颗粒的中值粒径为2.5mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为3h，出水硝酸盐达15.5mgN/L，出水硫酸盐达到370mg/L，出水硫酸盐超标，开启电渗析，电压60V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为1∶1，最终出水硝酸盐达8.0mgN/L，最终出水硫酸盐达到235mg/L。
实施例6
原水硝酸盐浓度为45mgN/L时、硫酸盐浓度为60mg/L，硫磺颗粒的中值粒径为5mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为0.5h，出水硝酸盐达25mgN/L，出水硫酸盐达到220mg/L，出水硝酸盐超标，开启电渗析，电压2V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为1∶3，最终出水硝酸盐达18.6mgN/L，最终出水硫酸盐达到178mg/L。
实施例7
原水硝酸盐浓度为50mgN/L时、硫酸盐浓度为50mg/L，，硫磺颗粒的中值粒径为0.3mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为5h，出水硝酸盐达14.5mgN/L，出水硫酸盐达到320mg/L，出水硫酸盐超标，开启电渗析，电压50V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为2∶3，最终出水硝酸盐达8.4mgN/L，最终出水硫酸盐达到230mg/L。
实施例8
原水硝酸盐浓度为36mgN/L时、硫酸盐浓度为100mg/L，，硫磺颗粒的中值粒径为3mm，原水在硫自养反硝化柱中的停留时间为0.6h，出水硝酸盐达22mgN/L，出水硫酸盐达到196mg/L，硝酸盐超标，开启电渗析，电压30V，硫自养反硝化段和电渗析段出水掺混比例为2∶3，最终出水硝酸盐达17.8mgN/L，最终出水硫酸盐达到180mg/L。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。