一种基于两级生物滤柱的同步去除地下水中污染物的装置的制作方法

本实用新型涉及地下水处理装置。

背景技术：

地下水澄清透明，是重要的饮用水源和工业水源。然而地下水在地下径流的过程中，由于物理作用、化学作用以及生物作用溶解了不同浓度的铁、锰、氨氮、硝氮等物质，影响了地下水的使用价值。同时近年来，随着工农业生产过程中，大量农药、化肥的使用，以及生活污水、工业“三废”等没有经过严格处理后排放，地下水中氨氮、硝氮有升高的趋势。如何高效去除地下水中的氨氮、硝氮、铁、锰等污染物成为当前饮用水处理中的热点问题。

生物滤柱具有流程简单、投资费用少、占地面积小的优点，因此现阶段，通常采用生物滤柱去除地下水中的铁、锰、氨氮，并取得了很好的去除效果，但该技术只能够将氨氮转化为硝氮，不能同时去除硝氮。而硝氮的去除通常采用化学法，需要投加药剂，运行成本高，同时会产生化学污泥。本实用新型将解决现有技术难以实现氨氮、硝氮、铁、锰同步去除的问题。

技术实现要素：

本实用新型是要解决现有的利用生物法难以实现地下水中氨氮、硝氮、铁、锰同步去除的技术问题，而提供一种基于两级生物滤柱的同步去除地下水中污染物的装置。

本实用新型的基于两级生物滤柱的同步去除地下水中污染物的装置，包括原水箱、原水水泵、一级生物滤柱、二级生物滤柱、曝气泵、出水水箱、回流水泵；

其中一级生物滤柱的底部设置一级进水口，顶部设置一级出水口，柱内填充滤料，底部为一级承托层，一级承托层之上为锰砂滤料；

二级生物滤柱4的顶部设置二级进水口，底部设置二级出水口，柱内填充滤料，底部为二级承托层，二级承托层之上为石英砂滤料；

原水箱经原水水泵与一级生物滤柱的底部的一级进水口相连接；

一级生物滤柱的顶部的一级出水口与二级生物滤柱顶部的二级进水口相连接；

二级生物滤柱底部的二级出水口与出水水箱相连接；

曝气泵的曝气头设置在二级生物滤柱的二级承托层下面；

出水水箱经回流水泵与一级生物滤柱的底部的一级进水口相连接；

本实用新型的基于两级生物滤柱的同步去除地下水中污染物的装置的使用方法如下：

一、启动：将含铁、锰、氨氮的地下水处理厂的填料接种到一级生物滤柱和二级生物滤柱中，将原水箱中的待处理的地下水经原水水泵通入到一级生物滤柱中，经过滤料层，从顶部的一级出水口流出，再进入到二级生物滤柱内，再经二级生物滤柱底部的二级出水口流入到出水水箱中；通过曝气泵向二级生物滤柱内曝气；出水水箱中水以回流比为200％～300％回流至一级生物滤柱的一级进水口；两级生物滤柱的滤速均为2～2.5m/h，出水稳定后；

二、运行：将待处理的地下水通入两级生物滤柱系统中，通过曝气泵向二级生物滤柱内曝气；在水温为20～25℃、滤速为3～3.5m/h、回流比为200％～300％的条件下处理，完成地下水中氨氮、硝氮、铁和锰的同步去除。

本实用新型采用两级生物滤柱同步去除地下水中的氨氮、硝氮、铁、锰时，一级滤柱为缺氧区，二级滤柱为好氧区。在一级滤柱中，反硝化细菌利用进水中还原性物质(如有机物、铁、锰等)将回流的二级出水的硝氮还原为氮气，同时有机物、铁、锰的被氧化成二氧化碳、三价铁氢氧化物、高价锰氧化物。氨氮在二级生物滤柱中被硝化菌氧化成硝氮。本实用新型与现有生物法去除地下水中的氨氮、铁、锰，化学法去除硝氮相比，有如下优点：

1)在两级生物滤柱中实现了氨氮、硝氮、铁、锰的同步去除。

2)利用原水中的还原性物质，如有机物、铁、锰将氨氮氧化后的硝氮还原，减少了曝气量，降低了能耗、运行成本。

本实用新型有效解决了现有的利用生物法难以实现地下水中氨氮、硝氮、铁、锰同步去除的技术问题，实现了地下水中氨氮、硝氮、铁、锰的同步高效稳定去除，出水中氨氮的浓度低于0.1mg/l、硝氮的浓度低于0.7mg/l、铁的浓度低于0.12mg/l、锰的浓度低于0.05mg/l，均明显低于国家饮用水标准，有利于实际工程应用。

附图说明

图1是本实用新型中两级生物滤柱系统的示意图；图中1为原水箱、2为原水水泵、3为一级生物滤柱、4为二级生物滤柱、5为曝气泵、6为出水水箱、7为回流水泵；

图2是一级生物滤柱3的结构示意图；其中，3-1为一级进水口，3-2为一级出水口，3-3为一级承托层，3-4为锰砂滤料，3-5为一级出水取样口；

图3是二级生物滤柱4的结构示意图；其中，4-1为二级进水口，4-2为二级出水口，4-3为二级承托层，4-4为石英砂滤料，4-5为二级出水取样口；5-1为曝气头；

图4是实施例1中两级生物滤柱系统去除氨氮、硝氮的运行效果图。

图5是实施例1中两级生物滤柱系统去除铁的运行效果图。

图6是实施例1中两级生物滤柱系统去除锰的运行效果图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的基于两级生物滤柱的同步去除地下水中氨氮、硝氮、铁、锰的装置，包括原水箱1、原水水泵2、一级生物滤柱3、二级生物滤柱4、曝气泵5、出水水箱6、回流水泵7；

其中一级生物滤柱3的底部设置一级进水口3-1，顶部设置一级出水口3-2，柱内填充滤料，底部为一级承托层3-3，一级承托层之上为锰砂滤料3-4；

二级生物滤柱4的顶部设置二级进水口4-1，底部设置二级出水口4-2，柱内填充滤料，底部为二级承托层4-3，二级承托层之上为石英砂滤料4-4；

原水箱1经原水水泵2与一级生物滤柱3的底部的一级进水口相连接；

一级生物滤柱3的顶部的一级出水口3-2与二级生物滤柱4顶部的二级进水口4-1相连接；

二级生物滤柱4底部的二级出水口4-2与出水水箱6相连接；

曝气泵5的曝气头5-1设置在二级生物滤柱4的二级承托层4-3下面；

出水水箱6经回流水泵7与一级生物滤柱3的底部的一级进水口相连接；

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的锰砂滤料厚度为2～2.5m。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是锰砂的粒径为2～3mm。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是石英砂滤料的厚度为2～2.5m。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述的石英砂的粒径为2～3mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是一级生物滤柱3的顶部设置一级出水取样口3-5。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是二级生物滤柱底部设置二级出水取样口4-5。其它与具体实施方式一至六之一相同。

用下面的实施例验证本实用新型的有益效果：

实施例1：本实施例1的基于两级生物滤柱的同步去除地下水中氨氮、硝氮、铁、锰的装置，由原水箱1、原水水泵2、一级生物滤柱3、二级生物滤柱4、曝气泵5、出水水箱6、回流水泵7组成；

其中一级生物滤柱3的底部设置一级进水口3-1，顶部设置一级出水口3-2，柱内填充滤料，底部为一级承托层3-3，一级承托层之上为锰砂滤料3-4，锰砂滤料厚度为2m，锰砂的粒径为2～3mm；一级生物滤柱3的顶部还设置一级出水取样口3-5；

二级生物滤柱4的顶部设置二级进水口4-1，底部设置二级出水口4-2，柱内填充滤料，底部为二级承托层4-3，二级承托层之上为石英砂滤料4-4，石英砂滤料的厚度为2m，石英砂的粒径为2～3mm；二级生物滤柱的底部还设置二级出水取样口4-5；

原水箱1经原水水泵2与一级生物滤柱3的底部的一级进水口3-1相连接；

一级生物滤柱3的顶部的一级出水口3-1与二级生物滤柱4顶部的二级进水口4-1相连接；

二级生物滤柱4底部的二级出水口4-2与出水水箱6相连接；

曝气泵5的曝气头5-1设置在二级生物滤柱4的二级承托层4-3下面；

出水水箱6经回流水泵7与一级生物滤柱3的底部的一级进水口3-1相连接；

利用本实施例1的装置同步去除地下水中氨氮、硝氮、铁、锰的方法，按以下步骤进行：

一、启动：将含铁、锰、氨氮的地下水处理厂的填料接种到一级生物滤柱3和二级生物滤柱4中，将原水箱1中的待处理的地下水经原水水泵2通入到一级生物滤柱3中，经过滤料层，从顶部的一级出水口3-2流出，再进入到二级生物滤柱内，再经二级生物滤柱底部的二级出水口4-2流入到出水水箱6中；通过曝气泵5向二级生物滤柱内曝气，二级生物滤柱内的溶解氧含量为0.6mg/l；出水水箱6中水以回流比为200％回流至一级生物滤柱3的一级进水口3-1；两级生物滤柱的滤速均为2m/h，48天后，出水中氨氮的浓度低于0.1mg/l、硝氮的浓度低于0.7mg/l、铁的浓度低于0.12mg/l、锰的的浓度低于0.05mg/l，出水稳定，启动成功；启动成功后，锰砂滤料3-4上负载反硝化细菌，石英砂滤料4-4上负载硝化菌。

二、运行：将待处理的地下水通入两级生物滤柱系统中，通过曝气泵5向二级生物滤柱内曝气，使二级生物滤柱内的溶解氧含量为0.7mg/l；在水温为20～25℃、滤速为3m/h、回流比为200％的条件下处理，完成地下水中氨氮、硝氮、铁和锰的同步去除；当一级生物滤柱3运行3天后，从一级生物滤柱3下部的一级进水口3-1通入水进行反冲洗5min；当二级生物滤柱4运行7天后，从二级生物滤柱4下部的二级出水口4-1通入水进行反冲洗5min。

本实施例处理的地下水，进水中氨氮、铁、锰的浓度分别为2.9～3.2mg/l、5.9～7.5mg/l、1.9～2.4mg/l。启动和运行过程中，在一级生物滤柱3顶部取样作为一级出水，在二级生物滤柱底部取样作为二级出水，监测进水、一级出水和二级出水的氨氮、硝氮、铁、锰。

氨氮、硝氮随时间变化曲线如图4所示，从图4可以看出，滤速3m/h时，稳定运行阶段出水氨氮浓度均低于0.1mg/l、平均浓度为0.031mg/l，去除率为98.97％。出水硝氮浓度均低于0.7mg/l、平均浓度为0.55mg/l。

铁随时间变化曲线如图5所示，从图5可以看出，滤速3m/h时，稳定运行阶段出水总铁浓度均低于0.12mg/l、平均浓度为0.087mg/l，去除率为98.67％。

锰随时间变化曲线如图6所示，从图6可以看出，滤速3m/h时，稳定运行阶段出水锰浓度均低于0.05mg/l、平均浓度为0.029mg/l，去除率为98.69％。

本实施例在稳定运行阶段，出水中的氨氮、硝氮、铁、锰分别降到了0.1mg/l、0.7mg/l、0.12mg/l、0.05mg/l以下。氨氮、铁、锰的去除率分别达到98.97％、98.67％、98.69％，认为实现了氨氮、硝氮、铁、锰的高效同步稳定去除。