CN103043850A - 一种间歇曝气prb河道修复系统 - Google Patents

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韩伟欣
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Abstract

本发明公开了一种间歇曝气PRB河道修复系统。所述技术是将中小型河道在岸边引流，引流后的河水通过水处理单元得到处理，处理后的出水返回河道。所述的修复系统包括引水区、沉淀区、好氧／厌氧区、过滤区、出水区和排水区等部分。系统采用间歇曝气，结合渗透反应墙PRB(Permeable Reactive Barrier)工艺的特点，在系统内实现厌氧／缺氧、好氧、过滤不同反应条件。该系统扩大了PRB的应用范围，使其适合于河道水质净化，对于微污染中小型河流具有良好的修复效果。

Description

一种间歇曝气PRB河道修复系统
技术领域
本发明涉及一种将间歇曝气方式和生物渗透反应墙相结合的新型河道修复技术，属于水污染控制技术领域中的地表水修复技术，适用于微污染中小型河流的修复。
背景技术
随着人口的增长，工业化、城市化以及农业灌溉的发展，对水的需求量目益增加。由于我国水资源分布不均，且近年来水污染、水生态系统失衡等问题凸显，加剧了当前水资源供需矛盾，使我国面临着严重的水资源危机。大量污水未经处理直接排入水体，即使经处理后排放，由于污水排放标准与地表水环境质量标准间存在差异，其水质也难以达到地表水水质要求，致使许多水域受到污染，特别是饮用水源的安全受到威胁。氮、磷和有机物含量超标以及由此造成的水体富营养化是目前我国水污染的主要问题，而传统的给水处理工艺已不适应当前微污染水体处理的要求。因此，研发能够改善水体环境质量、修复水生生态系统的技术已成为当前水环境保护的迫切需求。
河道水质净化是一项复杂的工程，目前水体治理的主要方法有引水冲淤、人工曝气增氧、栽种水生植物、混凝沉淀等，但这些方法和措施，有些耗水、耗电量大，见效慢。生物膜技术是模拟土壤自净过程发展而来的一种人工生物处理方法，具有处理效果好、造价低、耗能低、运行成本低等优点，已被广泛应用于污水处理和水厂原水预处理中。近年来，生物膜技术用于修复污染河道成为研究热点，在我国城市重污染河道修复方面已有相关研究和应用。
可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier，PRB)作为生物膜法中的新型工艺，是目前欧美发达国家普遍研究并已开始商业化应用的一项污染修复技术。我国对PRB技术的研究起步较晚，目前还处于早期研究阶段。该技术最初主要用于地下水污染的防治，但随着研究和应用的不断深入，国外已开始将这一技术应用于地表污染水体的修复。
研究表明间歇曝气方式可改善生物膜中微生物硝化、反硝化、生物吸收等作用，有效提高NH4-N、TN和TP的去除性能。在低碳氮比的微污染地表水的生物修复过程中，采用缺氧生物修复技术可同时发生硝化、反硝化和厌氧氨氧化作用。将间歇曝气方式和生物渗透反应墙工艺相结合，应用于微污染地表水的修复，目前尚未见相关报道。
发明内容
针对地表水体普遍受到氮磷污染的情况，为保护饮用水源的安全，本发明提出了微污染地表水的修复技术，一种间歇曝气PRB河道修复系统。
所述系统包括闸门、引水区、沉淀区、好氧／厌氧区、过滤区、二级过滤区、出水区、排水区等部分。引水区根据河流水位进行适当调节；沉淀区内主要去除大的颗粒物，浊度较高时可适当加药。水处理单元包括好氧／厌氧区、过滤区与二级过滤区。好氧／厌氧区内间歇曝气，可控制区域内好氧／缺氧与厌氧的环境，使得系统内碳化、硝化与反硝化作用可同步发生，系统的脱氮作用得以增强。填料层由火山岩填料组成，介质粒径均匀，为10-15mm。过滤区填充6-8mm沸石填料与铁屑，通过化学辅助法强化除磷效果。二级过滤区内填料为粒径3-5mm的河砂或沸石。净化后的河水经出水区稳定后，由泵从排水区排入河道中。
上述间歇曝气河道修复技术，引水区与沉淀区间用穿孔板分开；反应区内布设导流阪设施。好氧／厌氧区底部设有微孔曝气装置。
上述间歇曝气河道修复技术，系统通过建立好氧／厌氧环境，强化微生物的硝化-反硝化作用得以脱氮。对磷的去除主要是化学吸附及微生物的作用。铁屑与磷酸根反应后生成沉淀，从而达到强化除磷的目的。
上述间歇曝气河道修复技术，系统二级过滤区内可根据水质情况添加河砂或沸石，进一步澄清水质或除磷。
本发明有益效果：
(1)本系统结合间歇曝气方式和渗透反应墙技术修复微污染河水，可有效去除河水中的氮磷污染，经系统处理后河水水质可明显提高，可由原来的劣V类提高至Ⅳ类。
(2)本发明介于原位与异位修复之间，不影响河道正常功能。因地制宜，引流节省了投资和运行费用，动力消耗较低。
(3)本发明采用天然矿物填料火山岩、沸石和河砂，环境亲和性好，且价廉易得，成本较低。
(4)反应区填料粒径前大后小，好氧／厌氧区填料的粒径大于过滤区与二级过滤区填料粒径，不易堵塞。
附图说明
图1河水引流示意图
图中标号说明：1．取水口2．闸门3．引水区4．沉淀区5．水处理单元6．出水区7．排水区
图2系统工艺流程示意图
图3河道水处理单元示意图
图中标号说明：1．沉淀区来水2．穿孔板3．好氧／厌氧区4．承托层5．曝气器6．过滤区7．二级过滤区
具体实施方式
结合图1、图2和图3具体说明本发明实施方式如下：河水经图1中(1)取水口岸边引流，经(2)闸门进入(3)引水区，调节来水后进入(4)沉淀区，经沉淀去除大的颗粒物后进入(5)水处理单元。水处理单元包括图3中(5)好氧／厌氧区、(6)过滤区和(7)--级过滤区。好氧／厌氧区底部设有(5)曝气器。河水经间歇曝气好氧／厌氧交替脱氮处理后，进入(6)过滤区，通过沸石的吸附和铁屑的化学作用除磷。之后进入(7)二级过滤区，流经河砂或沸石填料层，进一步澄清或除磷。最后净化后的河水经图1中(6)出水区稳定水质与水位后，由泵从(7)排水区排入河道中。图2说明了整个系统的工艺流程。
实施例1
北京市海淀区某微污染河流，其水质如下表所示。该河段不能满足《地表水环境质量》GB3838-2002中V类水质要求。经间歇曝气PRB系统处理后，水质可达到地表水Ⅳ类标准。
试验系统建在河道支流上，河水经支流引水区进入，先经沉淀区去除大的颗粒物后进入水处理单元。系统的处理规模维持在9.5-12.5t／d。该系统由取水口、闸门、引水区、沉淀区、曝气区、好氧区／厌氧区、过滤区、二级过滤区、出水区、排水区等构成。沉淀区尺寸为1600mm×800mm×1300mm，水处理单元尺寸为2800mm×800mm×1300mm，出水区尺寸为500mm×800mm×1300mm。采取间歇曝气的运行方式，试验反应区有曝气复氧设备运行。系统生物反应区以火山岩填料为反应介质，填料粒径为10-15mm，介质层厚为1000mm，孔隙率为0.36-0.40。过滤区、二级过滤区填料分别为沸石、石英砂。填料粒径分别为6-8mm和3-5mm。河水经过生物处理、过滤、二次过滤，然后经出水区、排水区排放。
系统于2012年5月开始运行，运行三个月，出水效果较好。该系统对CODcr、TN和TP都有较好的去除效果，平均去除率分别为60.98％、72.35％、59.49％。经系统处理后河水水质可明显提高，即由原来的劣V类提高至Ⅳ类。
实验进出水水质：
表1实验进出水水质
CODcr TN TP
进水水质(mg／L) 46.28-70.61 4.82-11.78 0.53-1.45
平均值(mg／L) 52.92 6.04 0.79
出水水质(mg/L) 18.50-45.32 1.31-3.24 0.18-0.69
平均值(mg／L) 20.65 1.67 0.32
平均去除率(％) 60.98 72.35 59.49

Claims (7)

1.一种间歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：在中小型河流或其支流，将受污染的河水经岸边引流后通过水处理单元进行处理。所述系统包括引水区、反应区、排水区，其中反应区包括沉淀区、好氧／厌氧区、过滤区和出水区，系统间歇曝气；反应区由三种填料层组成。
2.根据权利要求1所述一种间歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：所述水处理单元以渗透反应墙PRB为基本构筑物，内部按功能进行分区。不同区域间采用导流板进行分隔。
3.根据权利要求1所述一种间歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：所述好氧／厌氧区的底部设置微孔曝气装置，采用间歇曝气方式。过滤区内采用化学法辅助除磷。二级过滤区内可进一步澄清或除磷。
4.根据权利要求1所述一种间歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：所述好氧／厌氧区填料为火山岩矿物填料，粒径为10-15mm，布水布气均匀，不容易堵塞。过滤区填料为6-8mm沸石加铁屑。二级过滤区内填料为河砂或沸石，粒径3-5mm。
5.根据权利要求1所述一种间歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：所述水处理构筑物设在河道的支流，水流平缓的地方，而非在河道干流中直接处理，处理方式介于原位与异位修复之间。
6.根据权利要求1所述一种间歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：所述系统采用自然引流，处理后经泵提升排入河道，动力消耗较低。
7.根据权利要求1所述一种门歇曝气PRB河道修复系统，其特征是：所述受污染河水为微污染地表水，其水质低于《地表水环境质量标准》GB3838-2002中III类标准。
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