CN106745718A - 一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术及其装置,所述的滴滤技术是首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温不低于8℃,滤层高度为1.2~1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。本发明通过针对污水中硝酸盐氮含量较高,碳氮比例偏低的特点,通过对滴滤技术进行改进,改进填料,调整参数,同时改进滴滤装置,从滤池顶部均匀布水,透过专用脱氮滤层,在滤料底部淹没出水,在缺氧的情况下,通过硫的自养硝化菌为在将硫氧化为硫酸盐的同时将硝氮还原为氮气,最终达到高效去除硝氮的目的,大大缓解了环境压力。

Description

一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术及其装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,具体涉及一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术及其装置。
背景技术
在许多农村地区,随着农民人均耕地的锐减,大棚种植正发展成为农业生产的主要形式,城市附近的主要蔬菜种植区,也大多采用大棚种植的方式,这种方式种植出来的蔬菜,成熟期短,土壤使用率高,造成土壤肥力严重不足,必须追加化肥,致使这些大棚蔬菜种植区地表径流和浅层地下水受化肥污染严重;尤其是一些需求量大的阔叶蔬菜,比如生菜、白菜等,由于市场消化快,所以种植多,而这些蔬菜的氮肥需求量极大,就造成了此类蔬菜种植区的浅层地下水硝酸盐污染严重,且具有硝酸盐氮含量较高,碳氮比例偏低的特点,另外还有城市污水处理厂尾水、传统农业区农田回归水都存在此类问题,而污水中硝酸盐含量偏高,也成为水质处理的瓶颈问题。
目前针对污水的处理有使用生物滤池等,其原理是利用固着在载体上的生物膜,吸附截留污水中的有机物质,对物质进行分解,虽然成本低廉,管理简单,但是净化效率不高,而且主要适用于处理有机质含量高的生活污水,不能适合高氮低碳环境下的净化污水,而且针对这种生物滤池硝氮脱除很困难。
为此,提供一种成本低廉,在高氮低碳环境下有效进行硝氮脱除的技术,就显得非常必要。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,本发明的第二目的在于提供一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤装置。
本发明的第一目的是这样实现的,所述的滴滤技术是首先将硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1的污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温不低于8℃,滤层高度为1.2~1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,粒径范围0.5~10mm,在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。
本发明的第二目的是这样实现的,所述滴滤装置包括过滤池、滤层、地漏、支撑环、通水孔、存水盘,所述的过滤池内设置有滤层,过滤池底部设置地漏,支撑环设置在地漏下部,所述支撑环有两个,且每个支撑环上设置有5个通水孔,存水盘设置在过滤池的下方,且将地漏和支撑环包围,存水盘的上沿设置有溢水口,所述通水孔的设置高度低于溢水口的高度。
本发明滴滤技术的原理:本发明基于硫的自养硝化菌为脱氮硫杆菌,它在将硫氧化为硫酸盐的同时,将硝氮还原为氮气,该过程的反应时表示如下:
55S + 50NO3 -+ 38H2O + 20CO2 + 4NH4 + →4C5H7O2N + 25N2 + 55SO4 2- + 64H+
CaCO3 + H++ →CaHCO3
反应过程中,每去除1克氮,需消耗2.51克硫;相应地产生0.09克氢离子。反应产生的氢离子以石灰石加以中和,相应地消耗9.14克碳酸钙。
本发明的有益效果:
1、本发明通过针对污水中硝酸盐氮含量较高,碳氮比例偏低的特点,通过对滴滤技术进行改进,改进填料,调整参数,同时改进滴滤装置,从滤池顶部均匀布水,透过专用脱氮滤层,在滤料底部淹没出水,在缺氧的情况下,通过硫的自养硝化菌为在将硫氧化为硫酸盐的同时将硝氮还原为氮气,最终达到有效去除硝氮的目的,有效缓解了硝酸盐污染严重的污水的处理问题,大大缓解了环境压力。
2、本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明对硝氮的净化极好,去除率高达99.9%以上,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
3、本发明的对大棚蔬菜花卉种植区浅层地下水、城市污水处理厂尾水、传统农业区农田回归水等硝氮污染突出的水质净化具有显著作用,适用性广,有效提高水质。
4、本发明在利用硫的同时,基于碳的反硝化菌,也能进一步利用水中残留的碳源(COD)进行反硝化,对水中的总磷也能取得较好的截留作用。本发明的滴滤装置结构简单,处理效果好,仅填料需要1~1.5年需掏出清洗一次,其余基本免维护,运转费低廉,适合大规模投入使用;本发明的滤层通过改造,当污水处理得符合标准,即通过水流通道流出,避免了再次通过滤层,有效提高效率,缩短时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明滤层的结构示意图;
图中:1-过滤池,2-滤层,3-地漏,4-支撑环,5-通水孔,6-存水盘,7-第一滤层,8-检测装置,9-滤层通道,10-水流通道。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明,但不以任何方式对本发明加以限制,基于本发明教导所作的任何变换或替换,均属于本发明的保护范围。
如附图1~2所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,所述的滴滤技术是首先将硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1的污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温不低于8℃,滤层高度为1.2~1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,粒径范围0.5~10mm,在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。
所述的污水为大棚蔬菜种植区浅层地下水、城市污水处理厂尾水或传统农业区农田回归水,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为生菜、白菜、苦菜、空心菜中的一种或多种。
所述的滴滤装置的水力负荷为0.44~0.75立方米/平方米·日,水力停留时间为0.5~20h。
所述的滴滤装置的平面形状为矩形或者圆形,当滴滤装置的处理水量小于100米3/日,平面形状采用矩形,当处理水量大于100米3/日,平面形状采用圆形。
所述的硫磺与石灰石混合填料中硫磺与石灰石的体积比为1:2。
所述的硫磺为黄色片状,厚度为0.5~1.2mm,所述的石灰石为颗粒状。
所述的硫磺的粒径为3~8mm,所述的石灰石的粒径为5~10mm。
如附图1~2所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤装置,所述滴滤装置包括过滤池1、滤层2、地漏3、支撑环4、通水孔5、存水盘6,所述的过滤池1内设置有滤层2,过滤池1底部设置地漏3,支撑环4设置在地漏3下部,所述支撑环4有两个,且每个支撑环4上设置有5个通水孔5,存水盘6设置在过滤池1的下方,且将地漏3和支撑环4包围,存水盘6的上沿设置有溢水口,所述通水孔5的设置高度低于溢水口的高度。
所述的滤层2包括第一滤层7、检测装置8和第二滤层,所述检测装置8设置在第一滤层7和第二滤层之间,且连接有电磁阀;所述第二滤层包括滤层通道9和水流通道10。
所述的过滤池1上方设置有布水器,所述布水器为旋转喷淋布水器或固定网状喷淋布水器。
所述的过滤池1与存水盘6的高度比为1.2~1.5:0.3~0.5。
所述的过滤池1与存水盘(6)的容积比为1.5~2:1。
所述的滴滤装置底部墙体采用高度300mm的透水砖砌体,作为出水通道;也可采用多孔管将水汇集输到存水盘6。存水盘6四周采用高400~500mm的砖砌体,混凝土抹面,出水自然溢流,保证出水通道中不会有空气进入滤层。
本发明处理的水质与处理参数见表1。
表1 处理水质与处理参数
水力负荷采用0.44~0.75m3/m2/d,水质浓度偏高,设计水力当取小值为宜,反之则反。
本发明的工作原理和工作过程:
先将污水提升至过滤池1的顶部,然后进行布水,使污水经过滤层2往下渗沥,滤层中的硫的自养硝化菌在一个缺氧的环境中,由滤层中添加的硫磺提供电子,弥补水体中碳源不足的问题,还原硝酸根,使其转变为N2等气体逸出,产生氢离子以石灰石加以中和,然后经过净化的水到达存水盘6,采用淹没流出的方式从溢流口流出,支撑环4上设置的通水孔5可以保证两个支撑环4之间的水流保持流通。当污水通过第一滤层7到达检测装置8的时候,检测装置8对污水中的硝氮进行检测,当污水中硝氮含量低于预设值,控制电磁阀,打开水流通道10,使经过第一滤层7处理后的污水直接流出;当污水中的硝氮含量高于预设值时,控制电磁阀,打开滤层通道9,使污水进一步净化。
实施例1
取不同浓度的滇池污水得到a水质、b水质、c水质,水温为8~18摄氏度,水力停留时间HRT 8h,a水质、b水质、c水质硫自养反硝化工艺启动,反应器成功挂膜。进水量为15L/d,在a水质、b水质、c水质硝氮去除率达到80%以上,将硫磺及石灰石浸泡在活性污泥中,进行接种,然后装柱,对反应器进行动态挂膜驯化。
首先将硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1的污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温8℃,滤层高度为1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,其中硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为1mm,粒径为5mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为5mm,在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。
在HRT为8小时,a水质、b水质、c水质硝氮去除率分别为100%,90.31%,80.01%。a水质,最佳HRT为8小时;b水质,最佳HRT为10小时;c水质最佳HRT为12小时。a水质、b水质、c水质的处理情况见表2。
表2 不同水质浓度的滇池浅层地下水处理情况
实施例2
取大棚蔬菜种植区浅层地下水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为生菜、白菜。首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温10℃,滤层高度为1.2米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为0.5mm,粒径为3mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为5mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.44立方米/平方米·日,水力停留时间为0.5h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例2对硝氮的净化极好,去除率达99.9%,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
实施例3
取大棚蔬菜种植区浅层地下水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为苦菜、空心菜。首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温12℃,滤层高度为1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为1.2mm,粒径为8mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为10mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.75立方米/平方米·日,水力停留时间为20h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例3对硝氮的净化极好,去除率高99.99%,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
实施例4
取城市污水处理厂尾水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1,首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温14℃,滤层高度为1.3米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为0.6mm,粒径为0.5mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为0.5mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.5立方米/平方米·日,水力停留时间为6h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例4对硝氮的净化极好,去除率高达99.9%,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
实施例5
取传统农业区农田回归水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1。首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温16℃,滤层高度为1.4米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为0.8mm,粒径为10mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为10mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.55立方米/平方米·日,水力停留时间为8h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例5对硝氮的净化极好,去除率高达99.9%,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
实施例6
取大棚蔬菜种植区浅层地下水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为生菜。首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温20℃,滤层高度为1.35米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为1mm,粒径为4mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为6mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.6立方米/平方米·日,水力停留时间为10h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例6对硝氮的净化极好,去除率高达99.9%,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
实施例7
取大棚蔬菜种植区浅层地下水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为白菜。首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温24℃,滤层高度为1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为1.1mm,粒径为6mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为8mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.65立方米/平方米·日,水力停留时间为12h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例7对硝氮的净化极好,去除率高达100%,出水未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。
实施例8
取大棚蔬菜种植区浅层地下水,其硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为生菜、白菜、苦菜、空心菜。首先将污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温28℃,滤层高度为1.45米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,硫磺与石灰石的体积比为1:2,所述的硫磺为黄色片状,厚度为1mm,粒径为7mm,所述的石灰石为颗粒状,粒径为9mm;在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。所述的滴滤装置的水力负荷为0.7立方米/平方米·日,水力停留时间为18h。
本发明无需外加碳源,实施成本低,操作容易,条件温和,运行稳定,平时基本免维护,运转费低廉;本发明实施例8对硝氮的净化极好,去除率高达99.9%,出水基本未检出,另外对总磷也能取得较好的截留作用,可以达到平均净化率94%。

Claims (10)

1.一种高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,其特征在于所述的滴滤技术是首先将硝氮含量大于25mg/L、碳氮比小于4:1的污水提升至滴滤装置顶部均匀布水,处理水温不低于8℃,滤层高度为1.2~1.5米,滤层中填充有硫磺与石灰石混合填料,粒径范围0.5~10mm,在缺氧的状态下使污水透过滤层,最后在滤料底部淹没出水。
2.根据权利要求1所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,其特征在于所述的污水为大棚蔬菜种植区浅层地下水、城市污水处理厂尾水或传统农业区农田回归水,所述的大棚蔬菜种植区种植的蔬菜为生菜、白菜、苦菜、空心菜中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,其特征在于所述的滴滤装置的水力负荷为0.44~0.75立方米/平方米·日,水力停留时间为0.5~20h。
4.根据权利要求1所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,其特征在于所述的滴滤装置的平面形状为矩形或者圆形,当滴滤装置的处理水量小于100立方米/日,滤池平面形状采用矩形,当处理水量大于100立方米/日,滤池平面形状采用圆形。
5.根据权利要求1所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,其特征在于所述的硫磺与石灰石混合填料中硫磺与石灰石的体积比为1:2。
6.根据权利要求1所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤技术,其特征在于所述的硫磺为黄色片状,厚度为0.5~1.2mm,所述的石灰石为颗粒状。
7.一种根据权利要求1~6任一所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤装置,其特征在于所述滴滤装置包括过滤池(1)、滤层(2)、地漏(3)、支撑环(4)、通水孔(5)、存水盘(6),所述的过滤池(1)内设置有滤层(2),过滤池(1)底部设置地漏(3),支撑环(4)设置在地漏(3)下部,所述支撑环(4)有两个,且每个支撑环(4)上设置有5个通水孔(5),存水盘(6)设置在过滤池(1)的下方,且将地漏(3)和支撑环(4)包围,存水盘(6)的上沿设置有溢水口,所述通水孔(5)的设置高度低于溢水口的高度。
8.根据权利要求7所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤装置,其特征在于所述滤层(2)包括第一滤层(7)、检测装置(8)和第二滤层,所述检测装置(8)设置在第一滤层(7)和第二滤层之间,且连接有电磁阀;所述第二滤层包括滤层通道(9)和水流通道(10)。
9.根据权利要求7所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤装置,其特征在于所述过滤池(1)与存水盘(6)的高度比为1.2~1.5:0.3~0.5。
10.根据权利要求7所述的高氮低碳环境下有效去除硝氮的滴滤装置,其特征在于所述过滤池(1)与存水盘(6)的容积比为1.5~2:1。
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