專利名稱：一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法及裝置的制作方法
一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法及裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境工程水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法以及利用陶粒型生物濾池等脫除水體中硝酸鹽的裝置。
背景技術(shù)：
我國絕大多數(shù)城市景觀湖泊都面臨著水環(huán)境污染與湖泊富營養(yǎng)化的嚴(yán)峻形勢。引水作為保證湖泊水質(zhì)和景觀效果的一項重要舉措，在越來越多的城市景觀湖泊治理過程中得到了應(yīng)用。但是引水水源往往也處于不同程度的污染狀態(tài)，普遍存在氮含量偏高的問題， 這是我國湖泊富營養(yǎng)化治理引水方案中存在的一個共性問題，亟待開展針對性的科學(xué)研究。
引水水源等地表水體由于容易受到農(nóng)業(yè)面源的污染，往往其中氮類物質(zhì)含量較高，而主要的氮形態(tài)為硝酸鹽。引水進(jìn)入景觀湖泊后，高含量的氮類營養(yǎng)鹽容易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化和藻類水華的發(fā)生。如杭州西湖每天都從錢塘江調(diào)水40萬m3用于保持景觀水質(zhì)，但是，由于錢塘江引水中氮類物質(zhì)含量高(3-4mg/L)，進(jìn)入西湖水體后，經(jīng)過較長時間的停留， 會使得西湖局部湖區(qū)春季水綿大量繁殖，甚至發(fā)生藻類水華，嚴(yán)重影響水質(zhì)和湖泊景觀。
針對硝酸鹽含量高的問題，傳統(tǒng)技術(shù)是采用生物反硝化技術(shù)去脫除硝酸鹽，這在污水處理中是常用的技術(shù)方法。然而，地表水水質(zhì)與污水水質(zhì)差別很大，有機(jī)物含量很低， 根本不具備生物反硝化脫氮的基本條件。而采用外加碳源的異養(yǎng)反硝化脫氮方法往往會因為投加過量，需要加入第二級除碳系統(tǒng)。二級脫氮系統(tǒng)不但增加了基建費(fèi)用，也大幅度地增加了運(yùn)行費(fèi)用和占地面積。這些都限制了外加碳源工藝在實際工程的應(yīng)用。因此，急需流程簡便、處理效率高、運(yùn)行成本低、占地面積小的脫氮技術(shù)的出現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供的降低受納水體富營養(yǎng)化發(fā)生的機(jī)率的單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法，包括以下步驟
I)在生物濾池的進(jìn)水管上安裝靜態(tài)混合器，地表水體的原水經(jīng)原水泵抽取由進(jìn)水管輸送至靜態(tài)混合器，與通過電子供體溶液輸送管輸送到靜態(tài)混合器的電子供體溶液進(jìn)行混合后進(jìn)入生物濾池，電子供體溶液與待處理原水的體積比設(shè)定為1: 5000 1: 2000;
2)在生物濾池底部設(shè)置礫石承托層，上部設(shè)置陶粒過濾層，生物濾池中的水流采用上向流形式，混合了電子供體溶液的原水依次流經(jīng)礫石承托層和 陶粒過濾層完成反硝化過程，最后由出水管流出生物濾池，返回地表水體。
作為優(yōu)選的實施方式，電子供體溶液為質(zhì)量百分濃度為30%的亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉或硫化鈉溶液。
作為更加優(yōu)選的實施方式，電子供體溶液采用的是質(zhì)量百分濃度為30%的亞硫酸鈉溶液。
作為優(yōu)選的實施方式，電子供體溶液與原水中硝酸鹽的之間的硫氮(S/N)摩爾比為1:1。
作為優(yōu)選的實施方式，混合了電子供體溶液的原水在生物濾池中的停留時間為 30 60分鐘。
用于單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置，主要包括一生物濾池，該生物濾池的底部設(shè)置進(jìn)水管，頂部設(shè)置出水管，進(jìn)水管上設(shè)置有靜態(tài)混合器，該靜態(tài)混合器連接電子供體溶液輸送管，生物濾池內(nèi)自下而上設(shè)置礫石承托層及陶粒過濾層。
作為優(yōu)選的實施方式，礫石承托層中采用的礫石粒徑為8 16mm。
作為優(yōu)選的實施方式，陶粒過濾層中采用的陶粒粒徑為6 9mm。
作為優(yōu)選的實施方式，進(jìn)水管的進(jìn)口伸入地表水體內(nèi)，在進(jìn)水管上設(shè)置有抽取水體的原水泵。
本發(fā)明將外加電子供體(亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫化鈉)溶液與陶粒濾料生物濾池有機(jī)結(jié)合，在生物濾池中，采用陶粒作為過濾介質(zhì)，用于附著生長反硝化微生物。在生物濾池的進(jìn)水中投加電子供體(亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫化鈉)溶液，用于自養(yǎng)型反硝化脫除硝酸鹽，同時電子供體轉(zhuǎn)化為硫酸鹽。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(I)采用生物濾池處理硝酸鹽污染水體，在濾池進(jìn)水管道上安裝靜態(tài)混合器，向靜態(tài)混合器中投加配置的電子供體溶液，與進(jìn)水充分混合后，進(jìn)入生物濾池。在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，生物濾池中接種前期培養(yǎng)的反硝化菌，經(jīng)過一周左右時間的適應(yīng)馴化后，陶粒介質(zhì)表面會附著生長適量的活性微生物，并能夠通過反硝化作用將進(jìn)水中的硝酸鹽含量降至很低的水平。
(2)采用陶粒型生物濾池技術(shù)，通過將陶粒作為過濾基質(zhì)，并通過外加電子供體的方式，能夠在一級生物濾池內(nèi)快速脫除污染水體中的硝酸鹽，具有高效、簡便的特點(diǎn)。能夠有效地應(yīng)用于我國的城市景觀湖泊的硝酸鹽污染型引水凈化工程。


圖1為用于單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，I為原水,2為進(jìn)水管,3為原水泵,4為電子供體溶液輸送管,5為靜態(tài)混合器，6為生物濾池，7為礫石承托層，8為陶粒過濾層，9為出水管。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實施例1
本發(fā)明采用的生物濾池結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用原水泵3將待處理水體的原水I取出，通過進(jìn)水管2將原水I輸送進(jìn)入生物濾池6，在生物濾池的進(jìn)水管上安裝靜態(tài)混合器5， 將電子供體溶液輸送管4輸送的電子供體溶液與進(jìn)水管2輸送的地表原水I在靜態(tài)混合器 5里面充 分混合，然后進(jìn)入生物濾池6，電子供體溶液的投加量與原水中的硝酸鹽含量為硫氮摩爾比S/N=l I。生物濾池6中的水流采用上向流形式，濾池底部為礫石承托層7， 上部為陶粒過濾層8，原水在生物濾池6中完成反硝化過程后，由出水管9流出生物濾池6， 返回地表水體。水流在生物濾池6中的停留時間為30 60分鐘。
以下為本發(fā)明的一個具體應(yīng)用實施例。
對杭州玉皇山水質(zhì)預(yù)處理廠的沉淀池出水開展脫氮中試工程。在沉淀池出水側(cè)構(gòu)建生物濾池脫氮裝置。
生物濾池6的進(jìn)水管2上安裝靜態(tài)混合器5，原水I經(jīng)由原水泵3提升后，由I 根DN25的進(jìn)水管2輸送到靜態(tài)混合器5。采用質(zhì)量濃度為30%的硫代硫酸鈉溶液作為反硝化外加電子供體，電子供體溶液輸送管4為DN15，電子供體溶液與處理原水的體積比為I 2000。硫代硫酸鈉溶液通過溶液輸送管4輸送到靜態(tài)混合器5，和地表原水經(jīng)過DN25 的靜態(tài)混合器5混合后，進(jìn)入生物濾池6。
生物濾池6采用有機(jī)玻璃制成，直徑為200mm，高度為3m。在生物濾池6底部設(shè)置礫石承托層7，高度為O. 3m,礫石粒徑為8 16mm。生物濾池6的上部設(shè)置陶粒過濾層8， 層高為1. 7m,陶粒的粒徑為6 9mm。
混合了硫代硫酸鈉溶液的原水上向流流經(jīng)礫石承托層7和陶粒過濾層8，完成反硝化過程后，由出水管道9流出生物濾池6，水流在生物濾池6中的停留時間為30分鐘。
在系統(tǒng)試運(yùn)行的5個月期間，對處理景觀水體系統(tǒng)的進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)對硝酸鹽、氨氮、總氮的平均去除率分別為92%、45%和76%，達(dá)到了單級去除原水中硝酸鹽的效果。
實施例2
用于單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置，主要包括一個生物濾池，在生物濾池的底部設(shè)置進(jìn)水管，頂部設(shè)置出水管，因此進(jìn)入生物濾池內(nèi)的水體是從下往上流動的。生物濾池的直徑為200mm，高度為3m，在生物濾池內(nèi)自下而上設(shè)置礫石承托層及陶粒過濾層， 其中礫石承托層的高度為O. 3m，采用的礫石粒徑為8 16_，陶粒過濾層的高度為1. 7m，采用的陶粒粒徑為6 9_。進(jìn)水管的進(jìn)口伸入地表水體內(nèi)，在進(jìn)水管上設(shè)置有抽取水體的原水泵，另外，進(jìn)水管上設(shè)置有靜態(tài)混合器，該靜態(tài)混合器連接電子供體溶液輸送管，由原水泵抽取的原水與自輸送管輸送來的電子供體溶液在靜態(tài)混合器內(nèi)混合，電子供體溶液與待處理原水的體積比設(shè)定為1: 5000 1: 2000。采用的電子供體溶液為質(zhì)量百分濃度為 30 %的亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉或硫化鈉溶液，本實施例以亞硫酸鈉溶液為例，對處理方法進(jìn)行進(jìn)一步的說明
I)在生物濾池的進(jìn)水管上安裝靜態(tài)混合器，地表水體的原水經(jīng)原水泵抽取由進(jìn)水管輸送至靜態(tài)混合器，與通過電子供體溶液輸送管輸送到靜態(tài)混合器的質(zhì)量百分濃度為 30 %的亞硫酸鈉溶液進(jìn)行混合后進(jìn)入生物濾池，亞硫酸鈉溶液與原水中硝酸鹽的含量比為硫氮摩爾比S/N =1:1;
2)在生物濾池底部設(shè)置礫石承托層，上部設(shè)置陶粒過濾層，生物濾池中的水流采用上向流形式，混合了電子供體溶液的原水依次流經(jīng)礫石承托層和陶粒過濾層在生物濾池中停留30-60分鐘，完成反硝化過程，最后由出水管流出生物濾池，返回地表水體。
該方法將亞硫酸鈉溶液與陶粒濾料生物濾池有機(jī)結(jié)合，在生物濾池中，采用陶粒作為過濾介質(zhì)，用于附著生長反硝化微生物。在生物濾池的進(jìn)水中投加亞硫酸鈉溶液，用于自養(yǎng)型反硝化脫除硝酸鹽 ，同時電子供體轉(zhuǎn)化為硫酸鹽。
權(quán)利要求
1.一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)在生物濾池(6)的進(jìn)水管(2)上安裝靜態(tài)混合器(5)，地表水體的原水經(jīng)原水泵(3) 抽取由進(jìn)水管(2)輸送至靜態(tài)混合器(5)，與通過電子供體溶液輸送管(4)輸送到靜態(tài)混合器(5)的電子供體溶液進(jìn)行混合后進(jìn)入生物濾池(6)；2)在生物濾池(6)底部設(shè)置礫石承托層(7)，上部設(shè)置陶粒過濾層(8)，生物濾池(6) 中的水流采用上向流形式，混合了電子供體溶液的原水依次流經(jīng)礫石承托層(7)和陶粒過濾層(8)完成反硝化過程，最后由出水管(9)流出生物濾池￠)，返回地表水體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法，其特征在于， 所述的電子供體溶液為質(zhì)量百分濃度為30%的亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉或硫化鈉溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法，其特征在于，所述的電子供體溶液與原水中硝酸鹽的之間的硫氮(S/N)摩爾比為1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法，其特征在于， 所述的混合了電子供體溶液的原水在生物濾池￠)中的停留時間為30 60分鐘。
5.一種如權(quán)利要求1-4中所述用于單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置，其特征在于，該裝置包括生物濾池￠)，該生物濾池(6)的底部設(shè)置進(jìn)水管(2)，頂部設(shè)置出水管(9)， 所述的進(jìn)水管(2)上設(shè)置有靜態(tài)混合器(5)，該靜態(tài)混合器(5)連接電子供體溶液輸送管(4)，所述的生物濾池￠)內(nèi)自下而上設(shè)置礫石承托層(7)及陶粒過濾層(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置，其特征在于， 所述的礫石承托層(7)中采用的礫石粒徑為8 16mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置，其特征在于， 所述的陶粒過濾層(8)中采用的陶粒粒徑為6 9mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的裝置，其特征在于， 所述的進(jìn)水管(2)的進(jìn)口伸入地表水體內(nèi)，在進(jìn)水管(2)上設(shè)置有抽取水體的原水泵(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單級自養(yǎng)反硝化脫除水體硝酸鹽的方法及裝置，在生物濾池中，采用陶粒作為過濾介質(zhì)，用于附著生長反硝化微生物。在生物濾池的進(jìn)水中投加(硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫化鈉)溶液，補(bǔ)充反硝化所需的電子供體，凈化水流入湖泊地表水體中。本發(fā)明通過單級自養(yǎng)反硝化脫氮，能夠快速高效地去除水體中的硝酸鹽，提高處理后水的水質(zhì)，降低受納湖泊水體中富營養(yǎng)化發(fā)生的機(jī)率。
文檔編號C02F3/34GK103058392SQ20131003382
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者何圣兵, 周偉麗, 陳雪初, 劉佃娜, 董曉靜, 應(yīng)智淵 申請人:上海交通大學(xué)