微汙染地表水脫氮處理方法

2023-12-12 19:21:12 1

微汙染地表水脫氮處理方法
【專利摘要】本發明是有關一種微汙染地表水脫氮處理方法，該微汙染地表水從生物濾池填料區的底部進入由上部排出，其包括以下步驟：在該生物濾池的填料區的下部，填料表面的好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源進行新陳代謝，消耗該微汙染地表水中的溶解氧，在該生物濾池的填料區內部形成厭氧環境；在該生物濾池的填料區的填料內部，反硝化菌將該微汙染地表水中的NO3--N轉化成NO2--N和/或N2；以及在該生物濾池的填料區的中上部，厭氧氨氧化菌將NH4+-N和NO2--N轉化成N2。本發明的微汙染地表水脫氮處理方法，外加碳源量低，運行成本低。
【專利說明】微汙染地表水脫氮處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微汙染地表水處理工藝，尤其涉及低碳高氮微汙染地表水脫氮處
理工藝。
【背景技術】
[0002]隨著我國工農業的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，大量的生活汙水、工業廢水和農業施肥面源汙染攜帶含氮汙染物排入受納水體，超過了水體的自淨能力，導致我國江河、湖泊等地表水富營養化嚴重，水華現象時有發生，造成一定的環境問題和社會問題。據研究表明，藻類生長限制營養因子主要為氮、磷濃度及其濃度比值，因此地表水脫氮成為控制我國地表水體富營養化，達到控藻目的的重要手段。目前地表水脫氮的方式主要物化方法、生態方法和生物方法。物化方法主要是介質吸附即通過蛭石、沸石及其加工產品對氮的吸附作用，將地表水中的氮素固定在介質中，雖然介質吸附方法一次建成後期維護較為簡單，但是介質吸附容量有限，介質飽和後需要更換介質，工程量較大。生態方法主要有生態浮床，人工溼地等方法，其主要原理是利用植物吸收和微生物代謝的協同作用來脫氮，雖然生態方法具有一定的脫氮作用和較好的景觀效果，但是其佔地面積大、去除氮素的效率較低，而且容易受到氣候的影響和極端天氣的破壞。生物方法主要是人為創造硝化反硝化微生物的生存條件，利用其新陳代謝反應來實現氮素的去除，生物法是目前最高效，最成熟的方法，但是由於不能形成穩定的活性汙泥絮體，傳統的活性汙泥法不適合汙染物濃度低的地表水，以生物濾池為代表的生物處理工藝可以適應濃度極低的地表水處理。另外，好氧微生物和厭氧微生物、硝化細菌和反硝化細菌生長條件不同，在生物法處理工藝中，往往認為好氧微生物和厭氧微生物、硝化和反硝化需要在兩個不同的反應器內進行，系統複雜，能耗較大，並且管理不便。
[0003]對我國微汙染地表水氮汙染物的分析得知:我國地表水氮汙染物的主要化學形態為硝酸態氮(NO3--N),其次為銨態氮(NH/-N)，再次為亞硝酸態氮(NO2--N),硝酸態氮(Ν03_-Ν)和亞硝酸態氮(no2_-n)統稱為硝態氮(Ν0χ_-Ν)。微汙染地表水的有機物可生化性較差，基本上不能被微生物作為碳源加以利用，表明我國微汙染地表水水質呈現高氮低碳的特點，因此傳統反硝化脫氮方法要加入大量的外加碳源，傳統的反硝化脫氮實驗及工程運行經驗表明，只有當進水生化需氧量(CODra)與總氮(TN)的比值大於8時，才能實現較好的反硝化效果。因此傳統地表水脫氮主要是通過反硝化的方法來實現，由於地表水有機物含量低，不能滿足反硝化過程中對碳源的需求，需要投加大量的外加碳源，既增加了運行成本，又增加了二次汙染的風險。雖然傳統反硝化工藝也可以通過減少外加碳源的投加量來減少相應的運行費用，但是此時出水中亞硝酸鹽的濃度會比較高，亞硝酸鹽具有生物毒性，增加了對生物危害性。

【發明內容】

[0004] 有鑑於上述現有技術所存在的缺陷，本發明的目的在於，提供一種微汙染地表水脫氮處理方法，使其只需投加少量的外加碳源，降低運行成本。
[0005]為了實現上述目的，依據本發明提出的一種微汙染地表水脫氮處理方法，該微汙染地表水從生物濾池填料區的底部進入由頂部排出，其包括以下步驟:在該生物濾池的填料區的下部，填料表面的好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源進行新陳代謝，消耗該微汙染地表水中的溶解氧，在該生物濾池的填料區內部形成厭氧環境；在該生物濾池的填料區的填料內部，反硝化菌將該微汙染地表水中的no3_-n轉化成no2_-n和/或N2 ;以及在該生物濾池的填料區的中上部，厭氧氨氧化菌將NH4+-N和NO2--N轉化成氮氣(N2)。
[0006]本發明還可採用以下技術措施進一步實現。
[0007]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中所述微汙染地表水進入生物濾池前，先經過混凝沉澱處理，除去水中的懸浮物。
[0008]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中，在微汙染地表水進入生物濾池之前還包括，調節微汙染地表水的NH4+-N與Ν0χ_-Ν的濃度比和/或CODra與(TN+D0)的濃度比。
[0009]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中所述的調節微汙染地表水的CODra與(TN+D0)的濃度比，包括:測定微汙染地表水中的CODra、TN、溶解氧(DO)濃度，向所述微汙染地表水中添加碳源。
[0010]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中所述的碳源是乙酸、甲醇、丙酸、乙酸鈉、澱粉、鄰苯二甲酸二辛脂和纖維素中一種或多種。
[0011]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中所述的調節微汙染地表水的nh4+-n與Ν0χ_-Ν的濃度比，包括:測定微汙染地表水中的NH/-N濃度和Ν0χ_-Ν濃度，向所述微汙染地表水中投加銨鹽和/或亞硝酸鹽。
[0012]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中所述(NH/-N)與Ν0χ_-Ν的濃度比為
1.5 ±3% ;所述 CODcr 與(TN+D0)的濃度比為 1.2 ;其中 ΝΗ:_Ν 濃度、NOx^-N 濃度、C0Dcr、TN、DO的檢測結果單位均為mg/L。
[0013]前述的微汙染地表水脫氮處理方法，其中該生物濾池的容積負荷不大於IkgN/m3.d。
[0014]本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本發明的微汙染地表水脫氮處理方法，至少具有下列優點:
[0015]1、本發明微汙染地表水脫氮處理方法，利用厭氧氨氧化菌和反硝化菌的協同作用去除高氮低碳微汙染地表水的總氮，方法簡單。
[0016]2、本發明微汙染地表水脫氮處理方法，與普通反硝化工藝相比只需投加少量的外加碳源及氮源，無需曝氣處理，運行成本較低，且無需擔心投加碳源過量造成二次汙染的問題。
[0017]3、本發明微汙染地表水脫氮處理方法，形式靈活多變，如可做成河堤護坡形式的地下生物濾池，用於河水的原位處理，減少河水的提升和輸送。
`[0018]4、本發明微汙染地表水脫氮處理方法，適用於江河、湖泊水庫、景觀等地表水脫氮處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是用於說明本發明微汙染地表水脫氮處理方法的脫氮處理裝置的示意圖。【具體實施方式】
[0020]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的微汙染地表水脫氮處理方法其【具體實施方式】、步驟、結構、特徵及其功效詳細說明。
[0021]請參閱圖1所示，是用於說明本發明微汙染地表水脫氮處理方法的脫氮處理裝置的示意圖。微汙染地表水脫氮處理設備包括，混凝沉澱池1、投加裝置1、II和II1、管道混合器IV以及生物濾池2。混凝沉澱池I利用管道3，經管道混合器IV與生物濾池2連通。
[0022]上述混凝沉澱池I用於除去微汙染地表水的懸浮物。混凝沉澱池I上安裝有測定水質生化需氧量(C0D&)、總氮(TN)、氨氮(NH/-N)、硝態氮(NOx—-N)、溶解氧(D0)的在線檢測儀器5。
[0023]上述的投加裝置1、II和III，分別包括變頻泵及藥池。投加裝置1、II和III與管道混合器IV之前的管道3連通。本實施例中投加裝置I的藥池用於容納碳源；投加裝置II和III的藥池分別用於容納銨鹽、亞硝酸鹽。
[0024]上述的管道混合器IV，用以將微汙染地表水和投加裝置1、II和III投加的藥品混合均勻。
[0025]上述的生物濾池2包括布水區A、填料區B、集水區C ;布水區A —側或底部設有進水口，與管道連通；填料區B，設置於所述布水區A的一側，其內填充有填料，所述填料同時負載好氧微生物、厭氧反硝化菌和厭氧氨氧化菌；集水區C，設置於所述填料區B與布水區A相反的一側，集水區C設有出水口。微汙染地表水進入填料區B的布水區A側時，由於汙水中溶解氧的存在，好 氧微生物為優勢菌群，消耗微汙染地表水中的溶解氧和碳源進行新陳代謝，生成CO2等無機物質；微汙染地表水進入填料區B的集水區C側或填料內部時，由於微汙染地表水中的溶解氧已被消耗完，上述區域形成無氧環境區，厭氧反硝化菌利用微汙染地表水中的碳源進行反硝化反應，將進水中的NOf-N轉化成NOf-N和/或N2 ;厭氧氨氧化菌利用微汙染地表水中的NH4+-N、NO2--N及無機物的化學能進行厭氧氨氧化反應，將進水中的NH4+-N和Ν02_-Ν轉化成N2。
[0026]請同時參閱圖1所示，本發明較佳實施例的微汙染地表水脫氮處理方法，包括以下步驟:首先，微汙染地表水經過混凝沉澱池I處理，除去水中的懸浮物，進入(經泵8打入)生物濾池2 ;然後，微汙染地表水經生物濾池2布水區A布水後，均勻緩慢的在生物濾池2填料區B內上升，在上升的過程中附著在填料區B的填料上的微生物對水中的氮進行處理；最後，處理後的水在生物濾池上部匯水區匯集排出。
[0027]上述的附著在填料上的微生物對水中的氮進行處理，具體包括:生物濾池2填料區B下部的填料表面存在好氧微生物，好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源進行新陳代謝，形成生物濾池2填料區B內部厭氧環境；生物濾池2填料區B的填料內部處於厭氧環境，在填料內部存在的反硝化菌利用碳源進行反硝化反應，將進水中的NO3--N轉化成NO2--N,少部分轉化成N2 ;生物濾池2填料區B的中上部處於厭氧環境，在此部分厭氧氨氧化菌為優勢菌群，厭氧氨氧化菌利用水中的NH4+-N、NO2--N及無機物的化學能進行厭氧氨氧化反應，將NH4+-N和Ν02_-Ν轉化成N2。生物濾池2填料區B下部好氧微生物代謝產生的CO2等無機物可被厭氧氨氧化菌加以利用，促進了脫氮反應。[0028]上述微汙染地表水脫氮處理方法，在微汙染地表水進入(經泵8打入)生物濾池2前，還包括調節CODra與(TN+D0)的濃度比的步驟。具體包括，混凝沉澱池I上安裝C0D&、TN、DO在線檢測儀器，檢測進水中的C0D&、TN、DO的濃度；根據C0D&、TN、DO的測值計算加入外加碳源的濃度，使得進水CODra與(TN+D0)的濃度比為1.2 ;確定外加碳源投加量後，返回信號至外加碳源投加裝置I，進行碳源投加。本例中碳源為乙酸，在其他實施例中碳源也可以是甲醇、丙酸、乙酸鈉、澱粉、鄰苯二甲酸二辛脂和纖維素中一種或多種。其中C0Dra、TN、DO的檢測結果單位均為mg/L。
[0029]上述微汙染地表水脫氮處理方法，在微汙染地表水進入(經泵8打入)生物濾池2前，還包括調節進水NH/-N與Ν0χ_-Ν的濃度比的步驟。具體包括，根據在線檢測儀器測定的NH/-N,NOx-N的濃度，計算銨鹽或亞硝酸鹽的投加量，使得進水NH/-N與Ν0χ__Ν的濃度比控制在1.5±3%。確定銨鹽或亞硝酸鹽投加量後，返回信號至投加裝置II和III進行投加。所述投加裝置1、II和III優選為變頻泵。其中NH4+-N濃度、Ν0χ_-Ν濃度單位均為mg/L。
[0030]請參閱表1所示，是不同NH/-N與Ν0χ_-Ν濃度比出水的TN，出水TN隨著NH4+_N與Ν0χ_-Ν濃度比的變化。
[0031 ] 表1不同NH4+-N與Ν0χ_-Ν濃度比出水的TN
【權利要求】
1.一種微汙染地表水脫氮處理方法，該微汙染地表水從生物濾池填料區的底部進入由頂部排出，其特徵在於其包括以下步驟: 在該生物濾池的填料區的下部，填料表面的好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源進行新陳代謝，消耗該微汙染地表水中的溶解氧，在該生物濾池的填料區內部形成厭氧環境； 在該生物濾池的填料區的填料內部，反硝化菌將該微汙染地表水中的NO3--N轉化成NO2--N和/或N2 ;以及 在該生物濾池的填料區的中上部，厭氧氨氧化菌將NH4+-N和Ν02_-Ν轉化成N2。
2.如權利要求1所述 的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於其中所述的微汙染地表水進入生物濾池前，先經過混凝沉澱處理，除去水中的懸浮物。
3.如權利要求1所述的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於，在微汙染地表水進入生物濾池之前還包括，調節微汙染地表水的NH4+-N與Ν0χ_-Ν的濃度比和/或CODra與(TN+D0)的濃度比。
4.如權利要求3所述的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於其中所述的調節微汙染地表水的CODra 與(TN+D0)的濃度比，包括: 測定微汙染地表水中的C0Dra、TN、DO濃度，向所述微汙染地表水中添加碳源。
5.如權利要求4所述的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於其中所述碳源是乙酸、甲醇、丙酸、乙酸鈉、澱粉、鄰苯二甲酸二辛脂和纖維素中一種或多種。
6.如權利要求3所述的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於其中所述的調節微汙染地表水的NH4+-N與Ν0χ_-Ν濃度比，包括: 測定微汙染地表水中的NH/-N濃度和NOx--N濃度，向所述微汙染地表水中投加銨鹽和/或亞硝酸鹽。
7.如權利要求3至6中任一項所述的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於其中所述NH/-N與Ν0χ_-Ν的濃度比為1.5±3% ;所述CODra與(TN+D0)的濃度比為1.2，其中NH4+_N濃度、Ν0χ_-Ν濃度、CODcr, TN、DO的單位均為mg/L。
8.如權利要求1所述的微汙染地表水脫氮處理方法，其特徵在於，其中該生物濾池的容積負荷不大於lkgN/m3.do
【文檔編號】C02F9/14GK103739071SQ201410012381
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】高建文, 張豔楠, 陳朝峰, 胡根海, 遲娟 申請人:博天環境集團股份有限公司, 博天（北京）環境設計研究院有限公司