微污染地表水脱氮处理方法
【专利摘要】本发明是有关一种微污染地表水脱氮处理方法，该微污染地表水从生物滤池填料区的底部进入由上部排出，其包括以下步骤：在该生物滤池的填料区的下部，填料表面的好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源进行新陈代谢，消耗该微污染地表水中的溶解氧，在该生物滤池的填料区内部形成厌氧环境；在该生物滤池的填料区的填料内部，反硝化菌将该微污染地表水中的NO3--N转化成NO2--N和/或N2；以及在该生物滤池的填料区的中上部，厌氧氨氧化菌将NH4+-N和NO2--N转化成N2。本发明的微污染地表水脱氮处理方法，外加碳源量低，运行成本低。
【专利说明】微污染地表水脱氮处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微污染地表水处理工艺，尤其涉及低碳高氮微污染地表水脱氮处
理工艺。
【背景技术】
[0002]随着我国工农业的迅速发展和人民生活水平的不断提高，大量的生活污水、工业废水和农业施肥面源污染携带含氮污染物排入受纳水体，超过了水体的自净能力，导致我国江河、湖泊等地表水富营养化严重，水华现象时有发生，造成一定的环境问题和社会问题。据研究表明，藻类生长限制营养因子主要为氮、磷浓度及其浓度比值，因此地表水脱氮成为控制我国地表水体富营养化，达到控藻目的的重要手段。目前地表水脱氮的方式主要物化方法、生态方法和生物方法。物化方法主要是介质吸附即通过蛭石、沸石及其加工产品对氮的吸附作用，将地表水中的氮素固定在介质中，虽然介质吸附方法一次建成后期维护较为简单，但是介质吸附容量有限，介质饱和后需要更换介质，工程量较大。生态方法主要有生态浮床，人工湿地等方法，其主要原理是利用植物吸收和微生物代谢的协同作用来脱氮，虽然生态方法具有一定的脱氮作用和较好的景观效果，但是其占地面积大、去除氮素的效率较低，而且容易受到气候的影响和极端天气的破坏。生物方法主要是人为创造硝化反硝化微生物的生存条件，利用其新陈代谢反应来实现氮素的去除，生物法是目前最高效，最成熟的方法，但是由于不能形成稳定的活性污泥絮体，传统的活性污泥法不适合污染物浓度低的地表水，以生物滤池为代表的生物处理工艺可以适应浓度极低的地表水处理。另外，好氧微生物和厌氧微生物、硝化细菌和反硝化细菌生长条件不同，在生物法处理工艺中，往往认为好氧微生物和厌氧微生物、硝化和反硝化需要在两个不同的反应器内进行，系统复杂，能耗较大，并且管理不便。
[0003]对我国微污染地表水氮污染物的分析得知:我国地表水氮污染物的主要化学形态为硝酸态氮(NO3--N),其次为铵态氮(NH/-N)，再次为亚硝酸态氮(NO2--N),硝酸态氮(Ν03_-Ν)和亚硝酸态氮(no2_-n)统称为硝态氮(Ν0χ_-Ν)。微污染地表水的有机物可生化性较差，基本上不能被微生物作为碳源加以利用，表明我国微污染地表水水质呈现高氮低碳的特点，因此传统反硝化脱氮方法要加入大量的外加碳源，传统的反硝化脱氮实验及工程运行经验表明，只有当进水生化需氧量(CODra)与总氮(TN)的比值大于8时，才能实现较好的反硝化效果。因此传统地表水脱氮主要是通过反硝化的方法来实现，由于地表水有机物含量低，不能满足反硝化过程中对碳源的需求，需要投加大量的外加碳源，既增加了运行成本，又增加了二次污染的风险。虽然传统反硝化工艺也可以通过减少外加碳源的投加量来减少相应的运行费用，但是此时出水中亚硝酸盐的浓度会比较高，亚硝酸盐具有生物毒性，增加了对生物危害性。
【发明内容】
[0004] 有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种微污染地表水脱氮处理方法，使其只需投加少量的外加碳源，降低运行成本。
[0005]为了实现上述目的，依据本发明提出的一种微污染地表水脱氮处理方法，该微污染地表水从生物滤池填料区的底部进入由顶部排出，其包括以下步骤:在该生物滤池的填料区的下部，填料表面的好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源进行新陈代谢，消耗该微污染地表水中的溶解氧，在该生物滤池的填料区内部形成厌氧环境；在该生物滤池的填料区的填料内部，反硝化菌将该微污染地表水中的no3_-n转化成no2_-n和/或N2 ;以及在该生物滤池的填料区的中上部，厌氧氨氧化菌将NH4+-N和NO2--N转化成氮气(N2)。
[0006]本发明还可采用以下技术措施进一步实现。
[0007]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中所述微污染地表水进入生物滤池前，先经过混凝沉淀处理，除去水中的悬浮物。
[0008]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中，在微污染地表水进入生物滤池之前还包括，调节微污染地表水的NH4+-N与Ν0χ_-Ν的浓度比和/或CODra与(TN+D0)的浓度比。
[0009]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中所述的调节微污染地表水的CODra与(TN+D0)的浓度比，包括:测定微污染地表水中的CODra、TN、溶解氧(DO)浓度，向所述微污染地表水中添加碳源。
[0010]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中所述的碳源是乙酸、甲醇、丙酸、乙酸钠、淀粉、邻苯二甲酸二辛脂和纤维素中一种或多种。
[0011]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中所述的调节微污染地表水的nh4+-n与Ν0χ_-Ν的浓度比，包括:测定微污染地表水中的NH/-N浓度和Ν0χ_-Ν浓度，向所述微污染地表水中投加铵盐和/或亚硝酸盐。
[0012]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中所述(NH/-N)与Ν0χ_-Ν的浓度比为
1.5 ±3% ;所述 CODcr 与(TN+D0)的浓度比为 1.2 ;其中 ΝΗ:_Ν 浓度、NOx^-N 浓度、C0Dcr、TN、DO的检测结果单位均为mg/L。
[0013]前述的微污染地表水脱氮处理方法，其中该生物滤池的容积负荷不大于IkgN/m3.d。
[0014]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的微污染地表水脱氮处理方法，至少具有下列优点:
[0015]1、本发明微污染地表水脱氮处理方法，利用厌氧氨氧化菌和反硝化菌的协同作用去除高氮低碳微污染地表水的总氮，方法简单。
[0016]2、本发明微污染地表水脱氮处理方法，与普通反硝化工艺相比只需投加少量的外加碳源及氮源，无需曝气处理，运行成本较低，且无需担心投加碳源过量造成二次污染的问题。
[0017]3、本发明微污染地表水脱氮处理方法，形式灵活多变，如可做成河堤护坡形式的地下生物滤池，用于河水的原位处理，减少河水的提升和输送。
`[0018]4、本发明微污染地表水脱氮处理方法，适用于江河、湖泊水库、景观等地表水脱氮处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是用于说明本发明微污染地表水脱氮处理方法的脱氮处理装置的示意图。【具体实施方式】
[0020]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微污染地表水脱氮处理方法其【具体实施方式】、步骤、结构、特征及其功效详细说明。
[0021]请参阅图1所示，是用于说明本发明微污染地表水脱氮处理方法的脱氮处理装置的示意图。微污染地表水脱氮处理设备包括，混凝沉淀池1、投加装置1、II和II1、管道混合器IV以及生物滤池2。混凝沉淀池I利用管道3，经管道混合器IV与生物滤池2连通。
[0022]上述混凝沉淀池I用于除去微污染地表水的悬浮物。混凝沉淀池I上安装有测定水质生化需氧量(C0D&)、总氮(TN)、氨氮(NH/-N)、硝态氮(NOx—-N)、溶解氧(D0)的在线检测仪器5。
[0023]上述的投加装置1、II和III，分别包括变频泵及药池。投加装置1、II和III与管道混合器IV之前的管道3连通。本实施例中投加装置I的药池用于容纳碳源；投加装置II和III的药池分别用于容纳铵盐、亚硝酸盐。
[0024]上述的管道混合器IV，用以将微污染地表水和投加装置1、II和III投加的药品混合均匀。
[0025]上述的生物滤池2包括布水区A、填料区B、集水区C ;布水区A —侧或底部设有进水口，与管道连通；填料区B，设置于所述布水区A的一侧，其内填充有填料，所述填料同时负载好氧微生物、厌氧反硝化菌和厌氧氨氧化菌；集水区C，设置于所述填料区B与布水区A相反的一侧，集水区C设有出水口。微污染地表水进入填料区B的布水区A侧时，由于污水中溶解氧的存在，好 氧微生物为优势菌群，消耗微污染地表水中的溶解氧和碳源进行新陈代谢，生成CO2等无机物质；微污染地表水进入填料区B的集水区C侧或填料内部时，由于微污染地表水中的溶解氧已被消耗完，上述区域形成无氧环境区，厌氧反硝化菌利用微污染地表水中的碳源进行反硝化反应，将进水中的NOf-N转化成NOf-N和/或N2 ;厌氧氨氧化菌利用微污染地表水中的NH4+-N、NO2--N及无机物的化学能进行厌氧氨氧化反应，将进水中的NH4+-N和Ν02_-Ν转化成N2。
[0026]请同时参阅图1所示，本发明较佳实施例的微污染地表水脱氮处理方法，包括以下步骤:首先，微污染地表水经过混凝沉淀池I处理，除去水中的悬浮物，进入(经泵8打入)生物滤池2 ;然后，微污染地表水经生物滤池2布水区A布水后，均匀缓慢的在生物滤池2填料区B内上升，在上升的过程中附着在填料区B的填料上的微生物对水中的氮进行处理；最后，处理后的水在生物滤池上部汇水区汇集排出。
[0027]上述的附着在填料上的微生物对水中的氮进行处理，具体包括:生物滤池2填料区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进行新陈代谢，形成生物滤池2填料区B内部厌氧环境；生物滤池2填料区B的填料内部处于厌氧环境，在填料内部存在的反硝化菌利用碳源进行反硝化反应，将进水中的NO3--N转化成NO2--N,少部分转化成N2 ;生物滤池2填料区B的中上部处于厌氧环境，在此部分厌氧氨氧化菌为优势菌群，厌氧氨氧化菌利用水中的NH4+-N、NO2--N及无机物的化学能进行厌氧氨氧化反应，将NH4+-N和Ν02_-Ν转化成N2。生物滤池2填料区B下部好氧微生物代谢产生的CO2等无机物可被厌氧氨氧化菌加以利用，促进了脱氮反应。[0028]上述微污染地表水脱氮处理方法，在微污染地表水进入(经泵8打入)生物滤池2前，还包括调节CODra与(TN+D0)的浓度比的步骤。具体包括，混凝沉淀池I上安装C0D&、TN、DO在线检测仪器，检测进水中的C0D&、TN、DO的浓度；根据C0D&、TN、DO的测值计算加入外加碳源的浓度，使得进水CODra与(TN+D0)的浓度比为1.2 ;确定外加碳源投加量后，返回信号至外加碳源投加装置I，进行碳源投加。本例中碳源为乙酸，在其他实施例中碳源也可以是甲醇、丙酸、乙酸钠、淀粉、邻苯二甲酸二辛脂和纤维素中一种或多种。其中C0Dra、TN、DO的检测结果单位均为mg/L。
[0029]上述微污染地表水脱氮处理方法，在微污染地表水进入(经泵8打入)生物滤池2前，还包括调节进水NH/-N与Ν0χ_-Ν的浓度比的步骤。具体包括，根据在线检测仪器测定的NH/-N,NOx-N的浓度，计算铵盐或亚硝酸盐的投加量，使得进水NH/-N与Ν0χ__Ν的浓度比控制在1.5±3%。确定铵盐或亚硝酸盐投加量后，返回信号至投加装置II和III进行投加。所述投加装置1、II和III优选为变频泵。其中NH4+-N浓度、Ν0χ_-Ν浓度单位均为mg/L。
[0030]请参阅表1所示，是不同NH/-N与Ν0χ_-Ν浓度比出水的TN，出水TN随着NH4+_N与Ν0χ_-Ν浓度比的变化。
[0031 ] 表1不同NH4+-N与Ν0χ_-Ν浓度比出水的TN
【权利要求】
1.一种微污染地表水脱氮处理方法，该微污染地表水从生物滤池填料区的底部进入由顶部排出，其特征在于其包括以下步骤: 在该生物滤池的填料区的下部，填料表面的好氧微生物利用水中的溶解氧和碳源进行新陈代谢，消耗该微污染地表水中的溶解氧，在该生物滤池的填料区内部形成厌氧环境； 在该生物滤池的填料区的填料内部，反硝化菌将该微污染地表水中的NO3--N转化成NO2--N和/或N2 ;以及 在该生物滤池的填料区的中上部，厌氧氨氧化菌将NH4+-N和Ν02_-Ν转化成N2。
2.如权利要求1所述 的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于其中所述的微污染地表水进入生物滤池前，先经过混凝沉淀处理，除去水中的悬浮物。
3.如权利要求1所述的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于，在微污染地表水进入生物滤池之前还包括，调节微污染地表水的NH4+-N与Ν0χ_-Ν的浓度比和/或CODra与(TN+D0)的浓度比。
4.如权利要求3所述的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于其中所述的调节微污染地表水的CODra 与(TN+D0)的浓度比，包括: 测定微污染地表水中的C0Dra、TN、DO浓度，向所述微污染地表水中添加碳源。
5.如权利要求4所述的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于其中所述碳源是乙酸、甲醇、丙酸、乙酸钠、淀粉、邻苯二甲酸二辛脂和纤维素中一种或多种。
6.如权利要求3所述的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于其中所述的调节微污染地表水的NH4+-N与Ν0χ_-Ν浓度比，包括: 测定微污染地表水中的NH/-N浓度和NOx--N浓度，向所述微污染地表水中投加铵盐和/或亚硝酸盐。
7.如权利要求3至6中任一项所述的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于其中所述NH/-N与Ν0χ_-Ν的浓度比为1.5±3% ;所述CODra与(TN+D0)的浓度比为1.2，其中NH4+_N浓度、Ν0χ_-Ν浓度、CODcr, TN、DO的单位均为mg/L。
8.如权利要求1所述的微污染地表水脱氮处理方法，其特征在于，其中该生物滤池的容积负荷不大于lkgN/m3.do
【文档编号】C02F9/14GK103739071SQ201410012381
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】高建文, 张艳楠, 陈朝峰, 胡根海, 迟娟 申请人:博天环境集团股份有限公司, 博天（北京）环境设计研究院有限公司