专利名称：脱除地表水硝酸盐的方法
技术领域：
本发明涉及一种脱除地表水硝酸盐的方法，通过将生物滤池与生态砾石床工艺相
结合，实现对地表水体中硝酸盐的脱除，提高地表水环境质量，降低地表水体中藻类水华发 生的机率。属于环境工程微污染水处理技术领域。
背景技术：
我国绝大部分城市都有规模大小不等的地表景观水体。许多这样的水体已经成为 一个城市的历史文化标志而融为城市文化中不可分割的一部分。如西湖作为杭州市的历史 文化标识已成为我国城市景观湖泊的典范。然而，由于社会经济快速发展等原因，我国绝大 多数城市景观湖泊都面临着水环境污染与湖泊富营养化的严峻形势。从武汉东湖、南京玄 武湖、惠州西湖、扬州瘦西湖、南昌八一湖、绍兴鉴湖，到长春南湖、贵州红枫湖等一系列城 市湖泊，都正在计划或正在实施湖泊水污染治理和富营养化控制工程。治理的措施包括底 泥疏浚、引水冲污和生态恢复等内容。而引水作为保证湖泊等地表水体水质和景观效果的 一项重要举措，在越来越多的城市景观湖泊治理过程中得到了应用。但是引水水源往往也 处于不同程度的污染状态，普遍存在氮含量偏高的问题，这是我国湖泊治理引水方案中存 在的一个共性问题，亟待开展针对性的科学研究。 引水水源等地表水体由于容易受到农业面源的污染，往往其中硝酸盐的含量较 高，引水进入景观湖泊后，高含量的硝酸盐也容易导致水体富营养化和藻类水华的发生。如 杭州西湖每天都从钱塘江调水40万m3用于保持景观水质，但是，由于钱塘江受到周边农业 面源的污染，水体中硝酸盐含量较高，引水进入西湖水体后，使得西湖春季水绵大量繁殖， 严重影响水质和湖泊景观。 针对硝酸盐含量高的问题，传统做法是采用生物反硝化技术脱除硝酸盐，这也是 污水处理中常用的技术方法。然而，地表水水质与污水水质差别很大，有机物含量很低，根 本不具备生物反硝化脱氮的基本条件。目前，在氮污染地表原水预处理工艺中，多采用曝气 生物滤池或生物接触氧化工艺通过硝化过程将氨氮转化成为硝态氮，但是处理水中总氮的 含量并没有得到有效地降低。对于地表湖泊水体而言，只有将引水中的总氮含量降低，才能 减少湖内水体藻类大量繁殖的机率；硝酸盐的存在依然会导致水体中藻华现象的发生。因 此，急需研究开发一种高效低耗的脱除地表原水硝酸盐的技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种脱除地表水硝酸盐的方法，实 现对地表水体中硝酸盐的脱除，降低地表水体中藻类水华发生的机率。 为实现这一目的，本发明将生物滤池与生态砾石床有机结合。在生物滤池中，采用 轻质陶粒作为过滤介质，用于附着生长反硝化微生物。在生物滤池的进水中投加商用甲醇 溶液，补充反硝化所需的碳源，在反硝化反应完成后，生物滤池的出水进入生态砾石床，在 砾石床中填充砾石、沸石等天然过滤介质，通过生物作用将生物滤池出水中残余的有机物生物降解，同时通过天然沸石的物理吸附作用将进水中含有的少量氨氮吸附，净化水流入 湖泊地表水体中。通过生物滤池与生态砾石床这两种工艺的组合，达到降低进水中总氮的 目标。 本发明的方法具体为 1、在生物滤池的进水管上安装静态混合器，地表原水通过原水泵和进水管输送到 静态混合器，与通过甲醇溶液输送管输送到静态混合器的甲醇溶液进行混合，然后进入生
物滤池。甲醇溶液与原水的体积比为4 : iooo 20 : iooo。 2、在生物滤池底部设置砾石承托层，上部设置轻质陶粒过滤层，生物滤池中的水
流采用上向流形式，原水依次流经砾石承托层和轻质陶粒过滤层完成反硝化过程后，由出
水管道流出生物滤池，进入后续两级结构的生态砾石床；水流在生物滤池中的停留时间为 10 15分钟。 3、从生物滤池排出的水通过砾石床进水管引入生态砾石床的进水井，通过布水墙 以推流的方式均匀进入砾石床第一级砾石段，将水中残余有机物氧化分解后，再流经第二 级天然沸石段完成对进水中氨氮的吸附；水流在第一级砾石段和第二级天然沸石段停留时 间均为1 1. 2小时。 4、从第二级天然沸石段流出的水到达砾石床出水井，并经砾石床出水井设置的砾 石床出水管排入湖泊地表水体中。 本发明中，所述的甲醇溶液为常规商用甲醇溶液(质量浓度大于95%)，甲醇溶液 的投加量根据原水中的硝酸盐含量确定。在微污染地表水体中，硝酸盐含量一般在l-5mg/
L范围之间，在本发明给定的甲醇溶液与待处理原水的体积比为4 : iooo 20 : iooo的
范围内，可以取得预期的效果。 本发明中，所述生态砾石床可以采用地下式结构，上部覆盖20 25mm厚度的通气 性土壤，土壤表面种植生态草坪，与周围生态景观协调一致。 所述砾石承托层中的砾石粒径为5 8mm，轻质陶粒过滤层中的轻质陶粒的粒径 为3 5mm。 所述第一级砾石段中的砾石粒径为10 15cm，第二级天然沸石段中的天然沸石 粒径5 10cm。 本发明采用生物滤池处理含硝酸盐的地表原水，在滤池进水管道上安装静态混合 器，向静态混合器中投加配置的甲醇溶液，与进水充分混合后，进入生物滤池。在适当的温 度条件下，生物滤池经过一周左右时间的自然培养驯化后，陶粒介质表面会附着生长适量 的活性微生物，并能够通过反硝化作用将进水中的硝酸盐含量降至很低的水平。滤池采用 上向流形式，原水经砾石承托层和轻质陶粒过滤层完成反硝化过程后，再由滤池上部的出 水管道流出生物滤池。 由于进水中投加了甲醇碳源，为保证反硝化反应充分，投加的碳源往往是过量的。 因此，生物滤池出水中会残余一定量的甲醇有机物，还需要加以生物降解后才能进入湖泊 地表水体。 本发明中，采用两级生态砾石床对生物滤池出水加以处理。第一级为砾石介质，第 二级为天然沸石介质。在生态砾石床第一级中，主要完成生物滤池出水中残余有机物的氧 化分解；在第二级中，通过沸石的物理吸附作用完成对进水中少量氨氮的吸附。
本发明的方法具有如下优点 1.以生物-生态相结合的技术方式，实现地表水体中硝酸盐的去除。既能够高效 去除硝酸盐，又能够体现生态、健康的理念； 2.采用生态砾石床对生物滤池出水进行生态调整，不但提高了出水水质，而且能 够降低处理水的藻类生产势(AGP)，提高了处理水的生态安全性； 3.采用"生物滤池_生态砾石床"组合技术，能够实现对硝酸盐、有机物、氨氮的 分级去除；更换填料方便，管理简单，能够有效地应用于我国的城市景观湖泊的引水净化工 程。
图1为本发明中采用的生物滤池的结构剖面图。 图1中，1为地表原水，2为进水管，3为原水泵，4为甲醇溶液输送管，5为静态混合 器，6为生物滤池，7为砾石承托层，8为轻质陶粒过滤层，9为出水管道。
图2为本发明采用的生态砾石床的结构剖面图。 图2中，10为生态砾石床，11为砾石床进水管，12为砾石床进水井，13为第一级砾 石段，14为第二级天然沸石段，15为砾石床出水井，16为砾石床出水管，17为生态草坪。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不对本发 明的技术方案构成限定。 本发明采用供的生物滤池结构如图1所示。采用原水泵3将地表原水1取出，通 过进水管2将地表原水1输送进入生物滤池6，在进水管2上安装静态混合器5，将甲醇溶 液输送管4输送的甲醇溶液与进水管2输送的地表原水1在静态混合器5里面充分混合， 然后进入生物滤池6。生物滤池6中的水流采用上向流形式，滤池底部为砾石承托层7，上 部为轻质陶粒过滤层8，原水在生物滤池6中完成反硝化过程后，由出水管道9流出生物滤 池6，进入后续的生态砾石床10。 生态砾石床结构如图2所示。生物滤池6出水经由砾石床进水管11进入砾石床 进水井12，经由砾石床布水墙进入第一级砾石段13，完成生物降解后，再流入第二级天然 沸石段14，对进水中的氨氮进行吸附，然后流入砾石床出水井15，完成净化后的出水经由 砾石床出水管16流入湖泊地表水体。在整个二级生态砾石床的上部敷设通气性土壤，上部 种植生态草坪17，与周边生态环境相协调。
以下为本发明的一个具体应用实施例。 对上海市闵行区某景观水体开展硝酸盐脱除中试工程。在河道旁构建本发明所述 的生物滤池装置和生态砾石床装置。 生物滤池6的进水管2上安装静态混合器5 ，地表原水1经由原水泵3提升后，由 1根DN25的进水管2输送到静态混合器5。采用质量浓度大于95%的甲醇溶液作为反硝化 外加碳源，甲醇溶液输送管4为DN10，甲醇溶液与处理原水的体积比为12 : 1000。甲醇溶 液通过甲醇溶液输送管4输送到静态混合器5，和地表原水经过DN25的静态混合器5混合 后，进入生物滤池6。
生物滤池6采用有机玻璃制成，直径为200mm，高度为3m。在生物滤池6底部设置 砾石承托层7，高度为0. 3m，砾石粒径为5 8mm。上部设置轻质陶粒过滤层8，层高为1. 7m， 轻质陶粒的粒径为3 5mm。 混合了甲醇溶液的地表原水上向流流经砾石承托层7和轻质陶粒过滤层8，完成 反硝化过程后，由出水管道9流出生物滤池6，进入后续两级结构的生态砾石床10。水流在 生物滤池6中的停留时间为10分钟。 生物滤池出水管9为1根DN40的管道，将生物滤池出水排出，然后通过生态砾石 床进水管11引入生态砾石床IO，首先进入砾石床进水井12，通过布水墙，进水以推流的方 式均匀进入长宽高为2m*0. 4m*0. 5m的砾石床第一级砾石段13，砾石粒径10 15cm，停留 时间为1小时。 在第一级砾石段13中，水中残余有机物经氧化分解后，再流经第二级天然沸石段 14完成对进水中氨氮的吸附。第二级天然沸石段14的长宽高为2m*0. 4m*0. 5m，天然沸石 粒径5 10cm，停留时间为1小时。从第二级天然沸石段14流出的水进入砾石床出水井 15中，再通过砾石床出水井中设置的砾石床出水管16排入湖泊地表水体中。
在系统试运行的2个月期间，对处理景观水体系统的进出水水质进行了检测分 析，发现系统对硝酸盐、氨氮、总氮和有机物的平均去除率分别为92%、68%、52%和72%， 达到了强化地表水硝酸盐去除的效果。
权利要求
一种脱除地表水硝酸盐的方法，其特征在于包括如下步骤1)在生物滤池(6)的进水管(2)上安装静态混合器(5)，地表原水通过原水泵(3)和进水管(2)输送到静态混合器(5)，与通过甲醇溶液输送管(4)输送到静态混合器(5)的质量浓度大于95％的甲醇溶液进行混合，然后进入生物滤池(6)；甲醇溶液与原水的体积比为4∶1000～20∶1000；2)在生物滤池(6)底部设置砾石承托层(7)，上部设置轻质陶粒过滤层(8)，生物滤池(6)中的水流采用上向流形式，原水依次流经砾石承托层(7)和轻质陶粒过滤层(8)完成反硝化过程后，由出水管道(9)流出生物滤池(6)，进入后续两级结构的生态砾石床(10)；水流在生物滤池(6)中的停留时间为10～15分钟；3)从生物滤池(6)排出的水通过砾石床进水管(11)引入生态砾石床(10)的进水井(12)，通过布水墙以推流的方式均匀进入砾石床第一级砾石段(13)，将水中残余有机物氧化分解后，再流经第二级天然沸石段(14)完成对进水中氨氮的吸附；水流在第一级砾石段(13)和第二级天然沸石段(14)停留时间均为1～1.2小时；4)从第二级天然沸石段(14)流出的水到达砾石床出水井(15)，并经砾石床出水井(15)设置的砾石床出水管(16)排入湖泊地表水体中。
2. 根据权利要求l的脱除地表水硝酸盐的方法，其特征在于所述生态砾石床(10)采用 地下式结构，上部覆盖20 25mm厚度的通气性土壤，土壤表面种植生态草坪(17)。
3. 根据权利要求l的脱除地表水硝酸盐的方法，其特征在于所述生物滤池的进水管 (2)直径为25mm，甲醇溶液输送管(4)直径为10mm，静态混合器(5)直径为25mm。
4. 根据权利要求1的脱除地表水硝酸盐的方法，其特征在于所述第一级砾石段(13)的 长宽高为2m*0. 4m*0. 5m，砾石粒径为10 15cm ;所述第二级天然沸石段(14)的长宽高为 2m*0. 4m*0. 5m，天然沸石粒径5 10cm。
5. 根据权利要求l的脱除地表水硝酸盐的方法，其特征在于所述生物滤池(6)的直径 为200mm，高度为3m ;所述砾石承托层(7)的高度为0. 3m，砾石粒径为5 8mm ;所述轻质陶 粒过滤层(8)的高度为1. 7m，轻质陶粒的粒径为3 5mm。
全文摘要
本发明涉及一种脱除地表水硝酸盐的方法，将生物滤池与生态砾石床有机结合。在生物滤池中，采用轻质陶粒作为过滤介质，用于附着生长反硝化微生物。在生物滤池的进水中投加商用甲醇溶液，补充反硝化所需的碳源，在反硝化反应完成后，生物滤池的出水进入生态砾石床，在砾石床中填充砾石、沸石等天然过滤介质，通过生物作用将生物滤池出水中残余的有机物生物降解，同时通过天然沸石的物理吸附作用将进水中含有的少量氨氮吸附，净化水流入湖泊地表水体中。本发明能够快速高效地去除地表水体中的硝酸盐，提高处理后水的水质，降低受纳湖泊水体中藻类水华发生的机率。
文档编号C02F101/16GK101698529SQ20091019900
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者何圣兵, 张敏, 戴鼎立, 李亚红, 杨峰峰, 陈雪初 申请人:上海交通大学