一種脫除地下水中氮素的裝置和脫除地下水中氮素的方法
2023-05-11 11:28:31
一種脫除地下水中氮素的裝置和脫除地下水中氮素的方法
【專利摘要】一種脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系統和集中型硝化反硝化系統兩部分組成。本發明還公開了利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法。本發明利用水氣分離方法、植物、微生物、納米曝氣等方式構建的裝置，集中分級進行氮素的硝化反硝化處理，對於地下水中硝態氮、亞硝態氮、氨氮、有機氮各種氮素有較快速脫除效果，及時避免由於氮素指標超標引發的地下水緊急汙染狀況。
【專利說明】一種脫除地下水中氮素的裝置和脫除地下水中氮素的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種脫除地下水中氮素的裝置。
[0002] 本發明還涉及利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法。
【背景技術】
[0003] 氨氮進入人體而合成亞硝基化合物，而硝態氮在人體內也可被微生物直接還原為 有毒的亞硝態氮，所以人體攝入過量硝態氮易使器官發生癌變。地下水硝態氮汙染早已引 起聯合國和發達國家的普遍重視，其中氨氮主要來源於蛋白質分解產生，而地下水中的硝 態氮主要來自農田施用化肥，汙灌和土壤中氨氮的微生物硝化作用，硝態氮極易隨土壤自 由水淋溶進入地下水，對人體有一定的危害。飲用水中硝態氮超過500mg/L時能引起胃腸 障礙，刺激膀胱的粘液層出現尿頻和腹瀉症狀，因此國家飲用水標準對氨氮及硝態氮指數 做了嚴格規定。而地下水中氨氮、硝態氮含量超過飲用水標準的地區很多，地方性疾病也伴 隨產生，為改善飲用水的質量，急需處理地下水中氨氮、硝態氮的有效技術。
[0004] 土壤生態系統中的生物對其硝酸鹽氮的消長具有重要的作用，其中硝化和反硝化 細菌是影響地下水中硝酸鹽濃度的重要生物因素之一。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種脫除地下水中氮素的裝置。
[0006] 本發明的又一目的是提供一種利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供的脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系 統和集中型硝化反硝化系統兩部分組成；其中：
[0008] 地下水提升系統，是在一提升井的內壁設置有可旋轉的過濾網，過濾網設置有針 式清掃器，針式清掃器探入過濾網孔的尖端有微小彎鉤；提升水泵將地下水自提升井內過 濾並提升至集中型硝化反硝化系統的配水管；
[0009] 配水管為一個穿孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵 碳填料，具有微電解功能；
[0010] 集中型硝化反硝化系統四周注射土壤板結劑作為不透水層的隔斷牆；集中型硝化 反硝化系統的內部自上而下分別為納米曝氣硝化層和集中型反硝化層，納米曝氣硝化層和 集中型反硝化層之間採用帶有毛細孔的陶瓷板做隔離，陶瓷板上包裹有零價納米鐵；納米 曝氣硝化層底部設有一個以上的納米曝氣頭；
[0011] 納米曝氣硝化層內的填充物為活性炭、摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩的混合 物，混合物的底部為弗羅裡硅藻土；
[0012] 集中型反硝化層內的填充物為活性炭與介孔分子篩的混合物；
[0013] 集中型反硝化層中設置有C0D壓力在線自動控制裝置、壓力在線自動控制裝置和 氣水分離器；
[0014] 集中型硝化反硝化系統的表面栽種有植物。
[0015] 所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層內的納米曝氣頭連接納米曝氣機。
[0016] 所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層中的活性炭、弗羅裡硅藻土以及摻雜納米二氧 化鈦的赤泥分子篩的粒徑為2mm-50mm。
[0017] 所述的裝置，其中，集中型反硝化層中的活性炭和介孔分子篩的粒徑為2_-5_。
[0018] 所述的裝置，其中，植物選擇千屈菜和再力花，栽種比例為1:2,以保證吸收效果的 同時具有景觀效果。
[0019] 本發明提供的利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法：
[0020] 提升水泵將地下水自提升井內過濾並提升至集中型硝化反硝化系統的配水管進 入納米曝氣硝化層內，則活性炭吸附地下水中的有機氮以及氨氮，並在納米曝氣的作用下 將氧化為硝態氮，伴隨此過程地下水中大分子有機物轉化為小分子有機物，作為反硝化層 的碳源；底部的弗羅裡硅藻土攔截大分子有機物，與納米曝氣機聯合控制集中型反硝化層 中大分子有機物的量，保證集中型反硝化層碳源保持在一定的濃度範圍內；
[0021] 經納米曝氣硝化層處理的地下水液體直接透過陶瓷板進入集中型反硝化層，氣體 被隔離出來，防止氧氣和氣泡進入集中型反硝化層，保證系統內絕對厭氧環境，同時陶瓷板 上的零價納米鐵用於網捕重金屬，防止重金屬濃度過高產生生物毒性，抑制集中型反硝化 層中反硝化菌的生長；
[0022] 進入集中型反硝化層的地下水中硝態氮被吸附，隨著反硝化反應的正向進行不斷 緩釋，防止由於流速過快硝氮直接進入地下水中；
[0023] 壓力在線自動控制裝置測量集中型反硝化層內部的壓力，當反硝化過程產生氮氣 量過高、壓力過大時，由氣水分離器抽出氮氣，推動反應的正向進行；
[0024] C0D在線自動控制裝置測量集中型反硝化層的內部C0D變化情況，通過C0D值自動 控制曝氣機曝氣時間。
[0025] 所述的方法，其中，C0D在線自動控制裝置在C0D低於75mg/L時，調節納米曝氣機 曝氣量在〇. 2-0. 5 ;C0D高於75mg/L時，調節納米曝氣機曝氣量高於0. 5。
[0026] 所述的方法，其中，納米曝氣硝化層內的納米曝氣頭進氣為02。
[0027] 本發明利用水氣分離方法、植物、微生物、納米曝氣等方式構建的裝置，集中分級 進行氮素的硝化反硝化處理，對於地下水中硝態氮、亞硝態氮、氨氮、有機氮各種氮素有較 快速脫除效果，及時避免由於氮素指標超標引發的地下水緊急汙染狀況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發明的裝置結構示意圖。
[0029] 附圖中主要組件符號說明：
[0030] 1-隔斷牆；2-植物；3-鹼性注射裝置；4-提升水泵；5-提升井；6-配水管；7-陶 瓷板；8-過濾網；9-集中型反硝化層；10-抽出管；11-納米曝氣硝化層；12-納米曝氣頭； 13-C0D在線自動控制裝置；14-壓力在線自動控制裝置；15-氣水分離器；
【具體實施方式】
[0031] 以下結合附圖作詳細說明。需要說明的是，在以下敘述中提到的左、右、上、下等均 是以附圖所示的方向為準。
[0032] 請參閱圖1，本發明提供的脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系統、集 中型硝化反硝化系統兩部分組成。
[0033] 其中，地下水提升系統的主要結構為提升井5,提升井5內設置有可旋轉的過濾網 8,在提升水泵4的抽吸作用下將地下水提升至原地水平線處，提升過程中地下水流經過濾 網8進行過濾以便於下一步處理；同時為防止過濾網8堵塞，特別設置針式清掃器，清掃器 探入過濾網孔的尖端有微小彎鉤，用於清掃過濾網防止其堵塞。
[0034] 地下水提升系統的出水口連接至集中型硝化反硝化系統的配水管6,配水管6為 一個穿孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵碳填料，具有微電解 功能。
[0035] 集中型硝化反硝化系統的四周注射土壤板結劑作為不透水層的隔斷牆1，集中型 硝化反硝化系統的內部自上而下分別為納米曝氣硝化層11和集中型反硝化層9。納米曝氣 硝化層厚0. 7m，由粒徑2mm-50mm的活性炭、摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩以及底部的弗 羅裡硅藻土組成，納米曝氣硝化層底部布設有納米曝氣頭12間歇曝氣，納米曝氣頭12發散 出的納米氣泡具有特殊性質，在物理作用下細密的散布在待處理的地下水中；活性炭用於 吸附地下水中有機氮以及氨氮，在納米曝氣的作用下產生羥自由基將其氧化為硝態氮，伴 隨此過程地下水中大分子有機物轉化為小分子有機物，可作為集中反硝化層9的碳源，底 部的弗羅裡硅藻土的作用是攔截大分子有機物，與納米曝氣機聯合控制集中型反硝化層中 大分子有機物的量，保證集中型反硝化層碳源保持在以一定濃度範圍內；納米二氧化鈦提 供空穴或自由負離子，間或產生短暫的高級氧化協同微電解效應。納米曝氣硝化層11和集 中型反硝化層9之間以及集中型反硝化層底部使用毛細孔的陶瓷板7做隔離，此毛細陶瓷 板7具有恆定的較小化學活性和均勻密集的小孔分布，以及低吸附高氧化鋁含量和適宜的 氣泡壓力（lbar到lOOkpa)的特性，液體可通過此陶瓷板7直接透過，而氣體或氣泡從液體 中被隔離出來。防止氧氣和氣泡進入集中型反硝化層9,保證系統內絕對厭氧環境，同時陶 瓷板7中包裹零價納米鐵，用於網捕重金屬，防止重金屬濃度過高產生生物毒性，抑制集中 型反硝化層中反硝化菌的生長。
[0036] 集中型反硝化層厚0. 8m，由粒徑的活性炭與介孔分子篩混合組成，使得 進入集中型反硝化層的待處理地下水中硝態氮被瞬間吸附，隨著反硝化反應的正向進行不 斷緩釋，防止由於流速過快硝氮直接進入地下水中；
[0037] 集中型反硝化層中設置有壓力在線自動控制裝置14以測量內部壓力，當反硝化 過程產生氮氣量過高、壓力過大時，自動控制氣水分離器15抽出氮氣，推動反應的正向進 行。集中型反硝化層中設置的C0D在線自動控制裝置13測量集中型反硝化層內部的C0D變 化情況，通過C0D值自動控制曝氣機曝氣時間，當集中型反硝化層中的C0D低於75mg/L時， 調節納米曝氣機曝氣量在〇. 2-0. 5達成消解效應；當C0D高於75mg/L時，調節納米曝氣機 曝氣量高於〇. 5達成氧化效應。
[0038] 根據本發明的一個實施例，通過本發明處理的汙水中，亞硝態氮、硝態氮100%去 除，有機氮降低99 %，出水水質透明度高。
【權利要求】
1. 一種脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系統和集中型硝化反硝化系統兩 部分組成；其中： 地下水提升系統，是在一提升井的內壁設置有可旋轉的過濾網，過濾網設置有針式清 掃器，針式清掃器探入過濾網孔的尖端有微小彎鉤；提升水泵將地下水自提升井內過濾並 提升至集中型硝化反硝化系統的配水管； 配水管為一個穿孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵碳填 料，具有微電解功能； 集中型硝化反硝化系統四周注射土壤板結劑作為不透水層的隔斷牆；集中型硝化反硝 化系統的內部自上而下分別為納米曝氣硝化層和集中型反硝化層，納米曝氣硝化層和集中 型反硝化層之間採用帶有毛細孔的陶瓷板做隔離，陶瓷板上包裹有零價納米鐵；納米曝氣 硝化層底部設有一個以上的納米曝氣頭； 納米曝氣硝化層內的填充物為活性炭、摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩的混合物，混 合物的底部為弗羅裡硅藻土； 集中型反硝化層內的填充物為活性炭與介孔分子篩的混合物； 集中型反硝化層中設置有COD壓力在線自動控制裝置、壓力在線自動控制裝置和氣水 分離器； 集中型硝化反硝化系統的表面栽種有植物。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層內的納米曝氣頭連接納米曝氣 機。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層中的活性炭、弗羅裡硅藻土以及 摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩的粒徑為2 mm- 5 0 mm。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其中，集中型反硝化層中的活性炭和介孔分子篩的粒 徑為 2mm-5mm。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其中，植物選擇千屈菜和再力花，栽種比例為1:2,以保 證吸收效果的同時具有景觀效果。
6. 利用權利要求1所述裝置脫除地下水中氮素的方法： 提升水泵將地下水自提升井內過濾並提升至集中型硝化反硝化系統的配水管進入納 米曝氣硝化層內，則活性炭吸附地下水中的有機氮以及氨氮，並在納米曝氣的作用下將氧 化為硝態氮，伴隨此過程地下水中大分子有機物轉化為小分子有機物，作為反硝化層的碳 源；底部的弗羅裡硅藻土攔截大分子有機物，與納米曝氣機聯合控制集中型反硝化層中大 分子有機物的量，保證集中型反硝化層碳源保持在一定的濃度範圍內； 經納米曝氣硝化層處理的地下水液體直接透過陶瓷板進入集中型反硝化層，氣體被隔 離出來，防止氧氣和氣泡進入集中型反硝化層，保證系統內絕對厭氧環境，同時陶瓷板上的 零價納米鐵用於網捕重金屬，防止重金屬濃度過高產生生物毒性，抑制集中型反硝化層中 反硝化菌的生長； 進入集中型反硝化層的地下水中硝態氮被吸附，隨著反硝化反應的正向進行不斷緩 釋，防止由於流速過快硝氮直接進入地下水中； 壓力在線自動控制裝置測量集中型反硝化層內部的壓力，當反硝化過程產生氮氣量過 高、壓力過大時，由氣水分離器抽出氮氣，推動反應的正向進行； COD在線自動控制裝置測量集中型反硝化層的內部COD變化情況，通過COD值自動控制 曝氣機曝氣時間。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，COD在線自動控制裝置在COD低於75mg/L時，調 節納米曝氣機曝氣量在0. 2-0. 5 ;C0D高於75mg/L時，調節納米曝氣機曝氣量高於0. 5。
8. 根據權利要求6所述的方法，其中，納米曝氣硝化層內的納米曝氣頭進氣為02。
【文檔編號】C02F101/16GK104193076SQ201410357485
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】王雷, 席北鬥, 李英軍, 張列宇, 蘇靖, 何小松, 王麗君, 高如泰 申請人:中國環境科學研究院