CN110759595B - 一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统 - Google Patents
一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种氨氮‑无机磷复合污染地下水的修复系统,该修复系统包括依次设置的厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池,各池的水力停留时间比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2、容积比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2;所述厌氧池中设置填充框,所述填充框内填装木屑与铁屑的混合物,所述木屑与铁屑的混合物占所述厌氧池有效体积的10%~15%,该修复系统实现NH4 +‑N去除率达98.2%~99.6%、TN去除率达74.2%~94.1%和TP去除率达95.2%~98.6%且出水NH4 +‑N<0.5mg/L和TP<0.5mg/L,解决了单一生物法难以将出水磷降低至0.5mg/L缺陷。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域,具体涉及一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统。
背景技术
在世界范围内,化学肥料的大量施用、人畜粪尿的还田、不合理的污水灌溉、工业废水和生活污水的肆意排放、受污河水的侧向补给、地下水的开采或超采、垃圾渗滤液的入渗等导致地下水普遍遭受了氨氮和无机磷污染,其污染已经成为世界性的环境和健康问题。据报道,中国、美国、德国、印度、澳大利亚、英国和韩国等国家已在地下水中发现了高浓度的氨氮和无机磷,例如在中国沈阳,地下水中氨氮达到了10mg/L,远超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)要求(0.5mg/L);在中国上海,地下水中水溶性总磷含量介于0.75-1.97mg/L之间,平均浓度为1.31mg/L。地下水中氨氮和无机磷会造成水中溶解氧浓度快速降低,引起富营养化,进而对水生生物造成明显的毒害作用甚至造成死亡,并改变地下水化学条件和微生物菌落结构;同时,会增加净水厂消毒剂用量,既增加吨水处理成本,又会产生大量致癌致畸致突变的消毒副产物,进而对人体健康造成严重威胁。
在生活污水和工业废水处理中,A2O法、SBR法、氧化沟法等传统的生物法用于同步去除氨氮和无机磷已经得到了广泛研究和普遍应用,但是在同时去除氨氮和无机磷的效果方面,还有待提高。
发明内容
为此,本发明所要解决的是现有技术在地下水同步去除氨氮和无机磷过程中水中有机物含量低、碳氮磷比例失调、脱氮菌和聚磷菌竞争碳源、“顽固”氨氮和无机磷难以去除、吸附材料易饱和失效、氨氮和无机磷去除效果有待提高等的缺陷,提供一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:
本发明所提供的氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,包括依次设置的厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池,所述厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池的水力停留时间比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2、容积比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2;
所述厌氧池中设置填充框,所述填充框内填装木屑与铁屑的混合物,所述木屑与铁屑的混合物占所述厌氧池有效体积的10%~15%,弥补地下水中有机碳不足并释放二价铁和阴极氢。
进一步地,所述木屑与铁屑的混合物中木屑与铁屑的质量比为1~3:0.5~1;
所述木屑的粒径为2~5mm,所述铁屑的粒径为2~5mm,所述铁屑中Fe0含量为>60wt%。
进一步地,所述吸附池内填充复合吸附材料,所述复合吸附材料包括1.2~3.2重量份的沸石,0.9~1.5重量份的膨润土,1.2~6.1重量份的煤渣。
进一步地,所述复合吸附材料的粒径为2~4mm,所述复合吸附材料占所述吸附池的有效体积的20wt%~30wt%。
上述复合吸附材料的制备方法,包括:将沸石、膨润土和煤渣分别粉碎至200~500目;按上述重量比称取粉碎后的各原料并搅拌混匀;将混合物投入造粒机,制成2~4mm颗粒;在50~60℃下烘干5~10h;在500~700℃下焙烧3~4h。
进一步地,所述厌氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述缺氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述好氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述沉淀池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述吸附池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5。
各个池体呈长方体,可以是玻璃钢结构、混凝土结构或钢结构。
进一步地,还包括第一导流板,靠近所述厌氧池的池壁并与其间隔设置且位于所述厌氧池内,以使所述第一导流板和池壁间形成第一导流区;
第一共用池壁、第一通孔及第二导流板,所述第一共用池壁设置于所述厌氧池和缺氧池之间,所述第一通孔靠近所述厌氧池或缺氧池的池顶设置于所述第一共用池壁上以连通所述厌氧池和缺氧池,所述第二导流板靠近所述第一共用池壁并与其间隔设置于所述缺氧池内,所述第二导流板的一端与所述缺氧池的池顶连接,相对端与所述缺氧池的池底存在间隙,以使所述第二导流板和第一共用池壁间形成第二导流区;
第二共用池壁、第二通孔及第三导流板,所述第二共用池壁设置于所述缺氧池和好氧池之间,所述第二通孔靠近所述缺氧池或好氧池的池顶设置于所述第二共用池壁上以连通所述缺氧池和好氧池,所述第三导流板靠近所述第二共用池壁并与其间隔设置于所述好氧池内,所述第三导流板的一端与所述好氧池的池顶连接,相对端与所述好氧池的池底存在间隙,以使所述第三导流板和第二共用池壁间形成第三导流区;
第三共用池壁、第三通孔及第四导流板,所述第三共用池壁设置于所述好氧池和沉淀池之间,所述第三通孔靠近所述好氧池或沉淀池的池顶设置于所述第三共用池壁上以连通所述好氧池和沉淀池,所述第四导流板靠近所述第三共用池壁并与其间隔设置于所述沉淀池内,所述第四导流板的一端与所述沉淀池的池顶连接,相对端与所述沉淀池的池底存在间隙,以使所述第四导流板和第三共用池壁间形成第四导流区;
第四共用池壁、第四通孔及第五导流板,所述第四共用池壁设置于所述沉淀池和吸附池之间,所述第四通孔靠近所述沉淀池或吸附池的池顶设置于所述第四共用池壁上以连通所述沉淀池和吸附池,所述第五导流板靠近所述第四共用池壁并与其间隔设置于所述吸附池内,所述第五导流板的一端与所述吸附池的池顶连接,相对端与所述吸附池的池底存在间隙,以使所述第五导流板和第四共用池壁间形成第五导流区。
进一步地,所述第一导流板与好氧池的池壁平行设置;
所述第二导流板与第一共用池壁平行设置;
所述第三导流板与第二共用池壁平行设置;
所述第四导流板与第三共用池壁平行设置;
所述第五导流板与第四共用池壁平行设置。
进一步地,所述第一导流板包括第一直段和第一倾斜段,所述第一直段一端与所述厌氧池的池顶连接,相对端与所述第一倾斜段连接,所述第一倾斜段相对于所述第一直段靠近所述第一共用池壁倾斜;
所述第二导流板包括第二直段和第二倾斜段,所述第二直段一端与所述缺氧池的池顶连接,相对端与所述第二倾斜段连接,所述第二倾斜段相对于所述第二直段靠近所述第二共用池壁倾斜;
所述第三导流板包括第三直段和第三倾斜段,所述第三直段一端与所述好氧池的池顶连接,相对端与所述第三倾斜段连接,所述第三倾斜段相对于所述第三直段靠近所述第三共用池壁倾斜;
所述第四导流板包括第四直段和第四倾斜段,所述第四直段一端与所述沉淀池的池顶连接,相对端与所述第四倾斜段连接,所述第四倾斜段相对于所述第四直段靠近所述第四共用池壁倾斜;
所述第五导流板包括第五直段和第五倾斜段,所述第五直段一端与所述吸附池的池顶连接,相对端与所述第五倾斜段连接,所述第五倾斜段相对于所述第五直段远离所述第四共用池壁倾斜。通过设置导流板,保证地下水在修复系统中呈由上至下流动的折流水力流态,延长水力停留时间;
进一步地,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比(5-7):20;
所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比(5-7):20;
所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比(5-7):20;
所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比(5-7):20;
所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比(5-7):20。
进一步地,还包括,进水口,靠近所述厌氧池的池顶设置于其池壁上,第一导流板靠近所述进水口设置;污泥回流管及第一泵,所述污泥回流管一端与所述沉淀池连通,另一端与所述厌氧池连通,所述第一泵设置于所述污泥回流管上;
混合液回流管及第二泵,所述混合液回流管的一端与所述好氧池连通,另一端插至所述缺氧池的底部中央;
排气管,与所述厌氧池或缺氧池连通;排泥管,与所述沉淀池连接;
吸附层及出水管,所述吸附层设置于所述吸附池内,所述出水管与所述吸附池的池顶连通,以使来自沉淀池的液体经过吸附层吸附后,从出水管外排;
第一搅拌器,设置于所述厌氧池内,搅拌速度以回流污泥呈悬浮态为宜;第二搅拌器,设置于所述缺氧池内,搅拌速度以回流混合液呈悬浮态为宜;第一曝气头,设置于所述好氧池的池底,所述第一曝气头外连第一鼓风机,为好氧异养菌和菌磷菌供氧;第二曝气头,设置于所述吸附池的池底,所述第二曝气头外连第二鼓风机,用于反向清洗材料表面杂质并实现材料再生。第一曝气头和第二曝气头均可为微孔曝气头。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
(1)本发明所提供的氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,包括依次设置的厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池,所述厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池的水力停留时间比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2、容积比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2;所述厌氧池中设置填充框,所述填充框内填装木屑与铁屑的混合物,所述木屑与铁屑的混合物占所述厌氧池有效体积的10%~15%,弥补地下水中有机碳不足并释放二价铁和阴极氢,该修复系统实现NH4 +-N去除率达98.2%~99.6%、TN去除率达74.2%~94.1%和TP去除率达95.2%~98.6%且出水NH4 +-N<0.5mg/L和TP<0.5mg/L,解决了单一生物法难以将出水磷降低至0.5mg/L缺陷。
(2)本发明所提供的氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,前置的厌氧池、缺氧池和好氧池去除进水中89.3%以上的NH4 +-N和68.1%以上的TP,大大降低后置的吸附池进水负荷,避免复合吸附材料过早饱和失效,从而延长了其使用寿命,进而降低了气冲洗频次与运行维护费用。
(3)本发明所提供的氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,厌氧池中木屑在微生物作用下释放有机碳,为厌氧池中聚磷菌合成贮能物质聚-β-羟丁酸(PHB)、缺氧池中异养脱氮菌脱氮、好氧池中聚磷酸吸收磷创造有利条件,解决了低有机碳地下水同步去除氨氮和无机磷过程中碳氮磷比例失调缺陷以及脱氮菌和聚磷菌竞争碳源矛盾。
(4)本发明所提供的氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,厌氧池中铁屑在厌氧腐蚀作用下,释放出二价铁等铁离子,满足菌磷菌、脱氮菌和硝化菌陈代谢需求,同时为缺氧池中自养脱氮菌脱氮创造有利条件。修复系统出水TOC为1.11~3.26mg/L,排除木屑释放的有机碳引起二次污染。修复系统在运行过程中不需投加除磷药剂、不需补充液态有机碳,与国内现有基于生物-化学法的污水处理系统相比,展现出无投药系统、污泥产量小、不涉及药剂二次污染等优点,进而降低了实际运行成本和管理难度。
(5)本发明所提供的氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,在厌氧池和缺氧池之间共用第一共用池壁、在缺氧池和好氧池之间共用第二共用池壁并在第二共用池壁上设置第二通孔、好氧池和沉淀池之间共用第三共用池壁并在第三共用池壁上设置第三通孔、沉淀池和吸附池之间共用第四共用池壁并在第四共用池壁上设置第四通孔,并分别形成第一导流区、第二导流区、第三导流区、第四导流区和第五导流区,地下水能沿第一导流区、第二导流区、第三导流区、第四导流区和第五导流区在厌氧池、好氧池、沉淀池和吸附池中形成曲折的水流路径(例如S型水流路径),延长了地下水在相应池中的水力停留时间,使地下水中的氨氮和/或无机磷在相应池中充分反应,进而提高了地下水同步去除氨氮和无机磷的去除效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统的纵向剖面结构示意图;
图2为图1中修复系统的俯视图;
图3为本发明实施例中NH4 +-N、TN和TP去除率随时间变化图;
图4为本发明实施例中生物法和吸附法对NH4 +-N和TP去除能力的贡献随时间变化图;
图5为本发明实施例中进出水NH4 +-N随时间和空间变化图;
图6为本发明实施例中进出水NO2 --N随时间和空间变化图;
图7为本发明实施例中进出水NO3 --N随时间和空间变化图;
图8为本发明实施例中进出水TN随时间和空间变化图;
图9为本发明实施例中进出水TP随时间和空间变化图;
图10为本发明实施例中进出水TOC随时间和空间变化图;
图11为本发明实施例中进出水DO随时间和空间变化图;
图12为本发明实施例中缺氧池内异养脱氮和自养脱氮对NO3 --N去除能力的贡献随时间变化图;
附图标记说明如下:
1-厌氧池;1a-第一导流板;1b-第一导流区;1c-第一搅拌器;1d-第一共用池壁;1e-填充框;2-缺氧池;2a-第二导流板;2b-第二导流区;2c-第二搅拌器;2d-第二共用池壁;3-好氧池;3a-第三导流板;3b-第三导流区;3c-第一曝气头;3d-第三共用池壁;4-沉淀池;4a-第四导流板;4b-第四导流区;4c-第四共用池壁;5-吸附池;5a-第五导流板;5b-第五导流区;5c-吸收层;5d-第二曝气头;6-第一泵;7-第二泵;8-第一鼓风机;9-第二鼓风机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明中术语“复合吸附材料”是以沸石、膨润土和煤渣为原料,并按照1.2~3.2:0.9~1.5:1.2~6.1的重量比复配而成,原料经破碎(≤4目)-粉碎(≤60目)-超微粉碎(200~500目)-搅拌混匀-造粒-烘干(50~60℃)-焙烧(500~700℃)步骤后制成。该介质中沸石主要通过离子交换和表面吸附去除氨氮,煤渣主要通过化学沉淀和表面吸附去除无机磷,膨润土主要用于增加粘结性,避免介质水解。
如图1和2所示,本发明提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,包括依次设置的厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5,所述厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2、容积比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2;所述厌氧池1中设置填充框,所述填充框内填装木屑与铁屑的混合物,所述木屑与铁屑的混合物占所述厌氧池有效体积的10%~15%,弥补地下水中有机碳不足并释放二价铁和阴极氢。
进一步地,所述木屑与铁屑的混合物中木屑与铁屑的质量比为1~3:0.5~1;所述木屑的粒径为2~5mm,所述铁屑的粒径为2~5mm,所述铁屑中Fe0含量为>60wt%。
进一步地,所述吸附池内填充复合吸附材料,所述复合吸附材料包括1.2~3.2重量份的沸石,0.9~1.5重量份的膨润土,1.2~6.1重量份的煤渣。
进一步地,所述复合吸附材料的粒径为2~4mm,所述复合吸附材料占所述吸附池的有效体积的20wt%~30wt%。
上述复合吸附材料的制备方法,包括:将沸石、膨润土和煤渣分别粉碎至200~500目;按上述重量比称取粉碎后的各原料并搅拌混匀;将混合物投入造粒机,制成2~4mm颗粒;在50~60℃下烘干5~10h;在500~700℃下焙烧3~4h。
进一步地,所述厌氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述缺氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述好氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述沉淀池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述吸附池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5。
各个池体呈长方体,可以是玻璃钢结构、混凝土结构或钢结构。
进一步地,还包括第一导流板1a,靠近所述厌氧池1的池壁并与其间隔设置且位于所述厌氧池1内,以使所述第一导流板1a和池壁间形成第一导流区1b;
第一共用池壁1d、第一通孔及第二导流板2a,所述第一共用池壁1d设置于所述厌氧池1和缺氧池2之间,所述第一通孔靠近所述厌氧池1或缺氧池2的池顶设置于所述第一共用池壁1d上以连通所述厌氧池1和缺氧池2,所述第二导流板2a靠近所述第一共用池壁1d并与其间隔设置于所述缺氧池2内,所述第二导流板2a的一端与所述缺氧池2的池顶连接,相对端与所述缺氧池2的池底存在间隙,以使所述第二导流板2a和第一共用池壁1d间形成第二导流区2b;
第二共用池壁2d、第二通孔及第三导流板3a,所述第二共用池壁2d设置于所述缺氧池2和好氧池3之间,所述第二通孔靠近所述缺氧池2或好氧池3的池顶设置于所述第二共用池壁2d上以连通所述缺氧池2和好氧池3,所述第三导流板3a靠近所述第二共用池壁2d并与其间隔设置于所述好氧池3内,所述第三导流板3a的一端与所述好氧池3的池顶连接,相对端与所述好氧池3的池底存在间隙,以使所述第三导流板3a和第二共用池壁2d间形成第三导流区3b;
第三共用池壁3d、第三通孔及第四导流板4a,所述第三共用池壁3d设置于所述好氧池3和沉淀池4之间,所述第三通孔靠近所述好氧池3或沉淀池4的池顶设置于所述第三共用池壁3d上以连通所述好氧池3和沉淀池4,所述第四导流板4a靠近所述第三共用池壁3d并与其间隔设置于所述沉淀池4内,所述第四导流板4a的一端与所述沉淀池4的池顶连接,相对端与所述沉淀池4的池底存在间隙,以使所述第四导流板4a和第三共用池壁3d间形成第四导流区4b;
第四共用池壁4c、第四通孔及第五导流板5a,所述第四共用池壁4c设置于所述沉淀池4和吸附池5之间,所述第四通孔靠近所述沉淀池4或吸附池5的池顶设置于所述第四共用池壁4c上以连通所述沉淀池4和吸附池5,所述第五导流板5a靠近所述第四共用池壁4c并与其间隔设置于所述吸附池5内,所述第五导流板5a的一端与所述吸附池5的池顶连接,相对端与所述吸附池5的池底存在间隙,以使所述第五导流板5a和第四共用池壁4c间形成第五导流区5b。
上述修复系统中,通过设置第一导流区、第二导流区、第三导流区、第四导流区和第五导流区,地下水能沿第一导流区、第二导流区、第三导流区、第四导流区和第五导流区在厌氧池、好氧池、沉淀池和吸附池中形成曲折的水流路径(例如S型水流路径),延长了地下水在相应池中的水力停留时间,使地下水中的氨氮和/或无机磷在相应池中充分反应,进而提高了地下水同步去除氨氮和无机磷的去除效果。
作为可选的实施方式,所述第一导流板与好氧池的池壁平行设置;所述第二导流板与第一共用池壁平行设置;所述第三导流板与第二共用池壁平行设置;所述第四导流板与第三共用池壁平行设置;所述第五导流板与第四共用池壁平行设置。
如图1所示,所述第一导流板1a包括第一直段和第一倾斜段,所述第一直段一端与所述厌氧池的池顶连接,相对端与所述第一倾斜段连接,所述第一倾斜段相对于所述第一直段靠近所述第一共用池壁倾斜;通过上述设置的直段和倾斜段,能很好地将水体引流至相应池中;
所述第二导流板2a包括第二直段和第二倾斜段,所述第二直段一端与所述缺氧池的池顶连接,相对端与所述第二倾斜段连接,所述第二倾斜段相对于所述第二直段靠近所述第二共用池壁倾斜;通过上述设置的直段和倾斜段,能很好地将水体引流至相应池中;
所述第三导流板3a包括第三直段和第三倾斜段,所述第三直段一端与所述好氧池的池顶连接,相对端与所述第三倾斜段连接,所述第三倾斜段相对于所述第三直段靠近所述第三共用池壁倾斜;通过上述设置的直段和倾斜段,能很好地将水体引流至相应池中;
所述第四导流板4a包括第四直段和第四倾斜段,所述第四直段一端与所述沉淀池的池顶连接,相对端与所述第四倾斜段连接,所述第四倾斜段相对于所述第四直段靠近所述第四共用池壁倾斜;通过上述设置的直段和倾斜段,能很好地将水体引流至相应池中;
所述第五导流板5a包括第五直段和第五倾斜段,所述第五直段一端与所述吸附池的池顶连接,相对端与所述第五倾斜段连接,所述第五倾斜段相对于所述第五直段远离所述第四共用池壁倾斜;通过上述设置的直段和倾斜段,能很好地将水体引流至相应池中。通过设置导流板,保证地下水在修复系统中呈由上至下流动的折流水力流态,延长水力停留时间;
如图2所示,为进一步地延长水体在相应池中的水力停留时间,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比(5-7):20;
所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比(5-7):20;
所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比(5-7):20;
所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比(5-7):20;
所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比(5-7):20。
作为可选的实施方式,厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池的容积比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2;在一个具体的实施方式中,所述厌氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;所述缺氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;所述好氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;所述沉淀池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;所述吸附池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5。
进一步地,还包括进水口,靠近所述厌氧池的池顶设置于其池壁上,第一导流板靠近所述进水口设置。
如图1所示,还包括污泥回流管及第一泵6,所述污泥回流管一端与所述沉淀池4连通,另一端与所述厌氧池1连通,所述第一泵6设置于所述污泥回流管上;
混合液回流管及第二泵7,所述混合液回流管的一端与所述好氧池3连通,另一端插至所述缺氧池2的底部中央,用于将好氧池3中的混合液返回至缺氧池2中再次进行厌氧反应,提高处理效果,所述第二泵7设置于所述混合液回流管上;
进一步地,还包括排气管,与所述厌氧池1或缺氧池2连通;排泥管,与所述沉淀池4连接;
吸附层5c及出水管,所述吸附层5c设置于所述吸附池5内,所述出水管与所述吸附池5的池顶连通,以使来自沉淀池4的液体经过吸附层5c吸附后,从出水管外排。
作为可选的实施方式,搅拌器包括第一搅拌器1c和第二搅拌器2c,第一搅拌器1c设置于厌氧池1中,第二搅拌器2c设置于缺氧池2中;
第一曝气头3c,设置于所述好氧池3的池底,所述第一曝气头3c外连第一鼓风机8;第二曝气头5d,设置于所述吸附池5的池底,所述第二曝气头5d外连第二鼓风机9。
此外,本修复系统通过依次设置厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5,先利用厌氧池1、缺氧池2、好氧池3去除进水中大部分的NH4 +-N和的TP,大大降低后置的吸附池4进水负荷,避免其中的吸附层5c过早饱和失效,从而延长了其使用寿命,进而降低了气冲洗频次与运行维护费用。同时该修复系统在运行过程中不需投加除磷药剂、不需补充液态有机碳,与国内现有基于生物-化学法的污水处理系统相比,展现出无投药系统、污泥产量小、不涉及药剂二次污染等优点,进而降低了实际运行成本和管理难度。
为了详细说明本发明的技术方案,列举如下具体实施方式:
实施例1
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1:1:1:1:1、容积比为1:1:1:1:1;各个池体呈长方体,玻璃钢结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比5:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比5:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比5:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比5:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比5:20;
厌氧池1长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度37cm),长:宽:高比为1:1:4,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为1:0.5,木屑粒径为2mm,铁屑粒径为2mm,铁屑的Fe0含量为60.5wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的10%;
缺氧池2长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度36.5cm),长:宽:高比为1:1:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度36cm),长:宽:高比为1:1:4,池内底部安装第一曝气头3c(例如可为微孔曝气头),通过第一鼓风机8向好氧池3曝气;
沉淀池4长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度35.5cm),长:宽:高比为1:1:4;
吸附池5长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度35cm),长:宽:高比为1:1:4,池内填装复合吸附材料,粒径为2mm,材料占吸附池有效体积的20%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.2%~99.2%,TN去除率为74.6%~76.8%,TP去除率为95.3%~97.4%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.02~0.08mg/L、5.52~6.00mg/L和2.11~2.44mg/L。
实施例2
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1:1:1:1:1、容积比为1:1:1:1:1。各个池体呈长方体,玻璃钢结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比6:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比6:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比6:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比6:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比6:20;
厌氧池1长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度37cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为1:1,木屑粒径为3mm,铁屑粒径为3mm,铁屑的Fe0含量为60.5wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的12.5%;
缺氧池2长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度36.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度36cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内底部安装第一曝气头3c(例如可为微孔曝气头),通过第一鼓风机8向好氧池3曝气;沉淀池4长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度35.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4;
吸附池5长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度35cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内填装复合吸附材料,粒径为3mm,材料占吸附池有效体积的25%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.7%~99.6%,TN去除率为79.3%~83.5%,TP去除率为95.4%~96.8%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.01~0.08mg/L、5.26~5.60mg/L和1.11~2.54mg/L。
实施例3
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1:1:1:1:1、容积比为1:1:1:1:1。各个池体呈长方体,玻璃钢结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比7:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比7:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比7:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比7:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比7:20;
厌氧池1长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度47cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为2:1,木屑粒径为5mm,铁屑粒径为5mm,铁屑的Fe0含量为60.5wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的15%;
缺氧池2长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度46.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度46cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内底部安装第一曝气头3c(例如可为微孔曝气头),通过第一鼓风机8向好氧池3曝气;沉淀池4长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度45.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5;
吸附池5长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度45cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内填装复合吸附材料,粒径为4mm,材料占吸附池有效体积的30%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.6%~99.5%,TN去除率为85.4%~87.2%,TP去除率为96.1%~97.7%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.05~0.14mg/L、4.92~5.38mg/L和1.81~3.26mg/L。
实施例4
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1:1:2:1:2、容积比为1:1:2:1:2。各个池体呈长方体,混凝土结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比5:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比5:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比5:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比5:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比5:20;
厌氧池1长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度37cm),长:宽:高比为1:1:4,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为1:0.5,木屑粒径为2mm,铁屑粒径为2mm,铁屑的Fe0含量为61.8wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的10%;
缺氧池2长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度36.5cm),长:宽:高比为1:1:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长20cm、宽10cm、高40cm(有效高度36cm),长:宽:高比为2:1:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;沉淀池4长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度35.5cm),长:宽:高比为1:1:4;
吸附池5长20cm、宽10cm、高40cm(有效高度35cm),长:宽:高比为2:1:4,池内填装复合吸附材料,粒径为2mm,材料占吸附池有效体积的20%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.3%~99.4%,TN去除率为74.2%~76.3%,TP去除率为95.2%~97.3%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.01~0.09mg/L、5.54~6.03mg/L和1.34~2.32mg/L。
实施例5
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1:1:2:1:2、容积比为1:1:2:1:2。各个池体呈长方体,混凝土结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比6:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比6:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比6:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比6:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比6:20;
厌氧池1长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度37cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为1:1,木屑粒径为3mm,铁屑粒径为3mm,铁屑的Fe0含量为61.8wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的12.5%;
缺氧池2长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度36.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长30cm、宽15cm、高40cm(有效高度36cm),长:宽:高比为3:1.5:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;沉淀池4长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度35.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4;
吸附池5长30cm、宽15cm、高40cm(有效高度35cm),长:宽:高比为3:1.5:4,池内填装复合吸附材料,粒径为3mm,材料占吸附池有效体积的25%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.7%~99.3%,TN去除率为80.6%~83.1%,TP去除率为95.5%~97.8%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.04~0.11mg/L、5.19~5.62mg/L和1.21~2.08mg/L。
实施例6
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为1:1:2:1:2、容积比为1:1:2:1:2。各个池体呈长方体,混凝土结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比7:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比7:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比7:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比7:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比7:20;
厌氧池1长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度47cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为2:1,木屑粒径为5mm,铁屑粒径为5mm,铁屑的Fe0含量为61.8wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的15%;
缺氧池2长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度46.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长30cm、宽15cm、高50cm(有效高度46cm),长:宽:高比为3:1.5:5,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;沉淀池4长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度45.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5;
吸附池5长30cm、宽15cm、高50cm(有效高度45cm),长:宽:高比为3:1.5:5,池内填装复合吸附材料,粒径为4mm,材料占吸附池有效体积的30%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.4%~99.5%,TN去除率为84.6%~87.1%,TP去除率为96.3%~97.9%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.06~0.16mg/L、4.97~5.38mg/L和1.33~2.14mg/L。
实施例7
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为2:2:2:1:1、容积比为2:2:2:1:1。各个池体呈长方体,钢结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比5:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比5:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比5:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比5:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比5:20;
厌氧池1长20cm、宽10cm、高40cm(有效高度37cm),长:宽:高比为2:1:4,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为1:0.5,木屑粒径为2mm,铁屑粒径为2mm,铁屑的Fe0含量为62.2wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的10%;
缺氧池2长20cm、宽10cm、高40cm(有效高度36.5cm),长:宽:高比为2:1:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长20cm、宽10cm、高40cm(有效高度36cm),长:宽:高比为2:1:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;沉淀池4长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度35.5cm),长:宽:高比为1:1:4;
吸附池5长10cm、宽10cm、高40cm(有效高度35cm),长:宽:高比为1:1:4,池内填装复合吸附材料,粒径为2mm,材料占吸附池有效体积的20%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.3%~99.2%,TN去除率为78.2%~82.7%,TP去除率为95.8%~96.9%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.02~0.08mg/L、5.32~5.65mg/L和1.55~2.28mg/L。
实施例8
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为2:2:2:1:1、容积比为2:2:2:1:1。各个池体呈长方体,钢结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比6:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比6:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比6:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比6:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比6:20;
厌氧池1长30cm、宽15cm、高40cm(有效高度37cm),长:宽:高比为3:1.5:4,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为1:1,木屑粒径为3mm,铁屑粒径为3mm,铁屑的Fe0含量为62.2%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的12.5%;
缺氧池2长30cm、宽15cm、高40cm(有效高度36.5cm),长:宽:高比为3:1.5:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长30cm、宽15cm、高40cm(有效高度36cm),长:宽:高比为3:1.5:4,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;沉淀池4长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度35.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4;
吸附池5长15cm、宽15cm、高40cm(有效高度35cm),长:宽:高比为1.5:1.5:4,池内填装复合吸附材料,,粒径为3mm,材料占吸附池有效体积的25%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.5%~99.4%,TN去除率为91.8%~94.1%,TP去除率为96.3%~98.2%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.03~0.09mg/L、4.54~4.96mg/L和1.32~1.77mg/L。
实施例9
本实施例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,如图1所示,由厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5构成,厌氧池1、缺氧池2、好氧池3、沉淀池4和吸附池5的水力停留时间比为2:2:2:1:1、容积比为2:2:2:1:1。各个池体呈长方体,钢结构,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比7:20;所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比7:20;所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比7:20;所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比7:20;所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比7:20;
厌氧池1长30cm、宽15cm、高50cm(有效高度47cm),长:宽:高比为3:1.5:5,池内安装第一搅拌器1c,使污泥呈悬浮态,通过污泥回流管及第一泵6将沉淀池4中污泥回流至厌氧池1,在池内中部混合填装木屑与铁屑,二者质量比为2:1,木屑粒径为5mm,铁屑粒径为5mm,铁屑的Fe0含量为62.2wt%,木屑与铁屑占缺氧池有效体积的15%;
缺氧池2长30cm、宽15cm、高50cm(有效高度46.5cm),长:宽:高比为3:1.5:5,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;
好氧池3长30cm、宽15cm、高50cm(有效高度46cm),长:宽:高比为3:1.5:5,池内安装第二搅拌器2c使污泥呈悬浮态,通过混合液回流管及第二泵7将好氧池3中混合液回流至缺氧池2,回流管插至池内底部中央;沉淀池4长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度45.5cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5;
吸附池5长15cm、宽15cm、高50cm(有效高度45cm),长:宽:高比为1.5:1.5:5,池内填装复合吸附材料,粒径为4mm,材料占吸附池有效体积的30%,底部安装第二曝气头5d(例如可为微孔曝气头),通过第二鼓风机9向吸附池5曝气;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为98.3%~99.3%,TN去除率为91.5%~93.8%,TP去除率为96.4%~98.6%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.02~0.07mg/L、4.59~4.98mg/L和1.76~2.23mg/L。
对比例1
本对比例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水修复的一体化修复系统,同实施例1,唯一不同之处在于:本对比例中采用麦秆替代木屑、硫磺替代铁屑。
模拟应用环境,本对比例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为97.0%~98.4%,TN去除率为68.8%~71.3%,TP去除率为94.6%~96.9%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.74~1.35mg/L、5.84~6.33mg/L和7.45~15.71mg/L。
对比例2
本对比例提供了一种氨氮-无机磷复合污染地下水修复的一体化修复系统,同实施例1,唯一不同之处在于:本对比例中采用凹土替代复合吸附材料;
模拟应用环境,本实施例中的修复系统应用于初始NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L的地下水时,在运行期间(180天),NH4 +-N去除率为92.4%~94.6%,TN去除率为74.2%~75.6%,TP去除率为78.4%~83.6%,出水NO2 --N、NO3 --N和TOC分别为0.03~0.11mg/L、5.67~6.07mg/L和2.13~2.52mg/L。
试验例1:一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统:
1、实验材料与仪器:NH4Cl:国药集团化学试剂有限公司(分析纯);KH2PO4:国药集团化学试剂有限公司(优级纯);肖特瓶:DURAN,250ml,德国;滤膜:化大黎明,Φ47mm,中国;模拟地下水:由去离子水配制,其中含NH4 +-N 50mg/L、NO3 --N <0.5mg/L、NO2 --N <0.1mg/L、TP 5mg/L、TOC <1mg/L和pH 7.1;可见分光光度计:HITACHI,100-20,日本;紫外分光光度计:SHIMADZU,UV-1800,日本;便携式pH计:HANNA,HI8424,意大利;氧化还原电位计:CLEAN,ORP30,美国;便携式溶解氧仪:HANNA,9143,意大利;TOC分析仪:SHIMADZU,3201,日本;生化培养箱:HPS-160,哈尔滨市东明医疗仪器厂,中国;离心机:京立,LD5-28,中国;电子天平:SHIMADZN,E13-50,日本;分析天平:SHIMADZN,AEL-160,日本。
2、实验:(1)氨氮-无机磷复合污染地下水修复的一体化修复系统的性能:
修复系统总容积20L,其中厌氧池、好氧池、缺氧池、沉淀池和吸附池各为4L。根据典型地下水的氧化还原特性,控制修复系统进水DO在0.1~0.2mg/L;同时,控制进水NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP和TOC分别为~25mg/L、≤0.1mg/L、≤0.5mg/L、~25mg/L、~5mg/L和≤1mg/L。在厌氧池和吸附池的进出水口及好氧池、缺氧池和沉淀池的出水口采集水样,考察NH4 +-N、NO3 --N、NO2 --N、TP、TOC和pH指标的变化。水样经离心后,过0.45μm滤膜,弃去30ml初滤液,取滤后液测试各项水质指标,并记录水温、室温。
实施例1中的修复系统引起的NH4 +-N、TN和TP去除率变化见图3、引起的生物法和吸附法对NH4 +-N和TP去除能力的贡献变化见图4、引起的进出水NH4 +-N变化见图4、引起的进出水NO2 --N变化见图6、引起的进出水NO3 --N变化见图7、引起的进出水TN变化见图8、引起的进出水TP变化见图9、引起的进出水TOC变化见图10、引起的进出水DO变化见图11。在运行期间(180天),在进水NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N、TN、TP、TOC和DO分别为24.41~24.91mg/L、0.02~0.10mg/L、0.15~0.48mg/L、24.80~25.43mg/L、4.62~4.97mg/L、0.36~0.69mg/L和0.12~0.19mg/L条件下,NH4 +-N和TP去除率分别为98.2%~99.2%和95.3%~97.4%(图3),说明修复系统通过生物法耦合吸附法能够高效去除NH4 +-N和TP。TN去除率为74.6%~76.8%(图3),好氧池出水NH4 +-N、NO2 --N、NO3 --N分别为1.98~2.66mg/L(图5)、0.12~0.21mg/L(图6)和5.63~6.22mg/L(图7),说明绝大部分NH4 +-N在好氧池经硝化菌硝化作用转化为NO3 --N,随后在缺氧池大部分NO3 --N被脱氮菌脱氮作用转化为气态氮,而小部分NO3 --N则随出水排出修复系统。结合吸附池出水NH4 +-N(0.19~0.44mg/L)(图5)、NO2 --N(0.02~0.08mg/L)(图6)、NO3 --N(5.52~6.00mg/L)(图7)和TN(5.90~6.33mg/L)(图8)可知,出水TN主要是NO3 --N。修复系统中生物法(包括生物硝化和生物脱氮)对NH4 +-N去除的贡献率占91.2%~93.7%,而吸附法的贡献率占6.3%~8.8%,说明生物法是主要的NH4 +-N去除机理,但是吸附法却保证了出水NH4 +-N(0.19~0.44mg/L)(图5)满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中限值要求(0.5mg/L)。与厌氧池进水相比,出水TP为13.75~15.02mg/L,浓度值突然大幅升高(图9),主要由聚磷菌释磷引起。修复系统中生物法(包括好氧吸收磷和厌氧释放磷)对TP去除的贡献率占74.5%~78.5%,而吸附法的贡献率占21.5%~25.6%(图4),说明生物法是主要的磷去除机理,但是吸附法却保障了出水TP(0.13~0.23mg/L)(图9)远低于0.5mg/L。在运行初期(前10天),缺氧池出水NO2 --N为2.24mg/L(图6),出现了短暂积累,说明硝酸盐还原菌的活性比亚硝酸盐还原菌的活性高;但是,随着时间增加,NO2 --N降低至0.30mg/L以下(图6),表明亚硝酸盐还原菌的活性得到了增强。厌氧池和缺氧池出水TOC分别为67.46~101.11mg/L和24.23~34.11mg/L(图10),表明木屑释放的有机碳源能够满足聚磷菌和脱氮菌的新陈代谢需求;同时,吸附池出水TOC为2.11~2.44mg/L(图10),说明有机碳对地下水造成的二次污染较小,可以忽略负面影响。厌氧池、缺氧池和好氧池DO分别为0.12~0.17mg/L、0.31~0.47mg/L和2.43~3.11mg/L(图11),说明3个池体分别保持较好的厌氧、缺氧和好氧环境,很好地保证了生物释磷、生物脱氮、生物吸磷和生物硝化等。
(2)异养脱氮和自养脱氮对修复系统NO3 --N去除能力的贡献:
采用一系列具盖肖特瓶作为反应瓶开展静态实验(见表1)。铝箔包裹反应瓶避免真菌生长,并将其置于生化培养箱中。控制初始DO <0.5mg/L、水温20.0℃和振荡速度200r/min。不定期间歇采集水样,水样经离心后,过0.45μm滤膜,弃去30ml初滤液,取滤后液测试NO3 --N指标,并计算表1中不同脱氮途径对缺氧池内NO3 --N去除能力的贡献。
表1 缺氧池中异养脱氮和自养脱氮对NO3 --N去除能力的实验设计
脱氮途径 | 铁屑:水(质量比) | 木屑:水(质量比) | 污泥混合液占溶液总体积(%) |
异养脱氮+自养脱氮+化学还原脱氮 | 10:800 | 10:800 | 10 |
化学还原脱氮+自养脱氮 | 10:800 | 0 | 10 |
化学还原脱氮 | 10:800 | 0 | 0 |
异养脱氮 | 0 | 10:800 | 10 |
注:自养脱氮的能力=化学还原脱氮与自养脱氮的能力之和-化学还原脱氮的能力。
实施例1中的修复系统引起的缺氧池内异养脱氮和自养脱氮对NO3 --N去除能力的贡献变化见图12。随着时间的增加,修复系统中异养脱氮对NO3 --N去除的贡献率占83.45%~86.34%,自养脱氮的贡献率占10.88%~15.21%,而化学还原脱氮的贡献率占1.34%~2.78%(图12)。这些现象说明异养脱氮在缺氧池中起着主要的NO3 --N去除作用、自养脱氮起着次要作用,而化学还原脱氮作用可忽略不计。异养脱氮菌利用木屑释放的有机碳为碳源,将NO3 --N生物转化为N2(公式1)。自养脱氮菌利用铁屑厌氧腐蚀产生的阴极氢(公式2),将NO3 --N生物转化为N2(公式3)。铁屑通过化学还原作用,将NO3 --N转化为N2(公式4)。
C6H10O2+6NO3 -+6H+→6CO2+8H2O+3N2(1)
Fe0+2H2O→H2+Fe2++2OH-(2)
2NO3 -+5H2→N2+4H2O+2OH-(3)
5Fe0+2NO3 -+6H2O→5Fe2++N2+12OH-(4)。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种氨氮-无机磷复合污染地下水的修复系统,包括依次设置的厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池,其特征在于,所述厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池和吸附池的水力停留时间比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2、容积比为1~2:1~2:1~2:1~2:1~2;
所述厌氧池中设置填充框,所述填充框内填装木屑与铁屑的混合物,所述木屑与铁屑的混合物占所述厌氧池有效体积的10%~15%;
所述木屑与铁屑的混合物中木屑与铁屑的质量比为1~3:0.5~1;
所述木屑的粒径为2 mm ~5mm,所述铁屑的粒径为2 mm ~5mm,所述铁屑中Fe0含量为>60wt%。
2.根据权利要求1所述的修复系统,其特征在于,所述吸附池内填充复合吸附材料,所述复合吸附材料包括1.2~3.2重量份的沸石,0.9~1.5重量份的膨润土和1.2~6.1重量份的煤渣。
3.根据权利要求2所述的修复系统,其特征在于,所述复合吸附材料的粒径为2~4mm,所述复合吸附材料占所述吸附池的有效体积的20wt%~30wt%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的修复系统,其特征在于,所述厌氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述缺氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述好氧池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述沉淀池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5;
所述吸附池的长:宽:高比为1~3:1~1.5:4~5。
5.根据权利要求1所述的修复系统,其特征在于,还包括,
第一导流板,靠近所述厌氧池的池壁并与其间隔设置且位于所述厌氧池内,以使所述第一导流板和池壁间形成第一导流区;
第一共用池壁、第一通孔及第二导流板,所述第一共用池壁设置于所述厌氧池和缺氧池之间,所述第一通孔靠近所述厌氧池或缺氧池的池顶设置于所述第一共用池壁上以连通所述厌氧池和缺氧池,所述第二导流板靠近所述第一共用池壁并与其间隔设置于所述缺氧池内,所述第二导流板的一端与所述缺氧池的池顶连接,相对端与所述缺氧池的池底存在间隙,以使所述第二导流板和第一共用池壁间形成第二导流区;
第二共用池壁、第二通孔及第三导流板,所述第二共用池壁设置于所述缺氧池和好氧池之间,所述第二通孔靠近所述缺氧池或好氧池的池顶设置于所述第二共用池壁上以连通所述缺氧池和好氧池,所述第三导流板靠近所述第二共用池壁并与其间隔设置于所述好氧池内,所述第三导流板的一端与所述好氧池的池顶连接,相对端与所述好氧池的池底存在间隙,以使所述第三导流板和第二共用池壁间形成第三导流区;
第三共用池壁、第三通孔及第四导流板,所述第三共用池壁设置于所述好氧池和沉淀池之间,所述第三通孔靠近所述好氧池或沉淀池的池顶设置于所述第三共用池壁上以连通所述好氧池和沉淀池,所述第四导流板靠近所述第三共用池壁并与其间隔设置于所述沉淀池内,所述第四导流板的一端与所述沉淀池的池顶连接,相对端与所述沉淀池的池底存在间隙,以使所述第四导流板和第三共用池壁间形成第四导流区;
第四共用池壁、第四通孔及第五导流板,所述第四共用池壁设置于所述沉淀池和吸附池之间,所述第四通孔靠近所述沉淀池或吸附池的池顶设置于所述第四共用池壁上以连通所述沉淀池和吸附池,所述第五导流板靠近所述第四共用池壁并与其间隔设置于所述吸附池内,所述第五导流板的一端与所述吸附池的池顶连接,相对端与所述吸附池的池底存在间隙,以使所述第五导流板和第四共用池壁间形成第五导流区。
6.根据权利要求5所述的修复系统,其特征在于,所述第一导流板与好氧池的池壁平行设置;
所述第二导流板与第一共用池壁平行设置;
所述第三导流板与第二共用池壁平行设置;
所述第四导流板与第三共用池壁平行设置;
所述第五导流板与第四共用池壁平行设置。
7.根据权利要求6所述的修复系统,其特征在于,
所述第一导流板包括第一直段和第一倾斜段,所述第一直段一端与所述厌氧池的池顶连接,相对端与所述第一倾斜段连接,所述第一倾斜段相对于所述第一直段靠近所述第一共用池壁倾斜;
所述第二导流板包括第二直段和第二倾斜段,所述第二直段一端与所述缺氧池的池顶连接,相对端与所述第二倾斜段连接,所述第二倾斜段相对于所述第二直段靠近所述第二共用池壁倾斜;
所述第三导流板包括第三直段和第三倾斜段,所述第三直段一端与所述好氧池的池顶连接,相对端与所述第三倾斜段连接,所述第三倾斜段相对于所述第三直段靠近所述第三共用池壁倾斜;
所述第四导流板包括第四直段和第四倾斜段,所述第四直段一端与所述沉淀池的池顶连接,相对端与所述第四倾斜段连接,所述第四倾斜段相对于所述第四直段靠近所述第四共用池壁倾斜;
所述第五导流板包括第五直段和第五倾斜段,所述第五直段一端与所述吸附池的池顶连接,相对端与所述第五倾斜段连接,所述第五倾斜段相对于所述第五直段远离所述第四共用池壁倾斜。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的修复系统,其特征在于,所述第一导流区的长度h1与所述厌氧池的长度H1之比(5-7):20;
所述第二导流区的长度h2与所述缺氧池的长度H2之比(5-7):20;
所述第三导流区的长度h3与所述好氧池的长度H3之比(5-7):20;
所述第四导流区的长度h4与所述沉淀池的长度H4之比(5-7):20;
所述第五导流区的长度h5与所述吸附池的长度H4之比(5-7):20。
9.根据权利要求8所述的修复系统,其特征在于,还包括,
进水口,靠近所述厌氧池的池顶设置于其池壁上,第一导流板靠近所述进水口设置;污泥回流管及第一泵,所述污泥回流管一端与所述沉淀池连通,另一端与所述厌氧池连通,所述第一泵设置于所述污泥回流管上;
混合液回流管及第二泵,所述混合液回流管的一端与所述好氧池连通,另一端插至所述缺氧池的底部中央;
排气管,与所述厌氧池或缺氧池连通;排泥管,与所述沉淀池连接;
吸附层及出水管,所述吸附层设置于所述吸附池内,所述出水管与所述吸附池的池顶连通,以使来自沉淀池的液体经过吸附层吸附后,从出水管外排;
第一搅拌器,设置于所述厌氧池内;第二搅拌器,设置于所述缺氧池内;第一曝气头,设置于所述好氧池的池底,所述第一曝气头外连第一鼓风机;第二曝气头,设置于所述吸附池的池底,所述第二曝气头外连第二鼓风机。
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