CN206476803U - 一种河道去除氨氮的异位处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种河道去除氨氮的异位处理装置，装置包括：反应器本体，反应器本体内顺水流方向依次为生物选择区和生物反应区，生物反应区内填充生物填料；设于生物填料内部的折流通道；用于调控生物选择区和生物反应区内曝气系统；用于调控生物选择区和生物反应区内温度的温控设备；用于监测生物选择区内pH值的pH监测装置；以及用于将生物选择区和生物反应区内底泥排出的排泥系统。本实用新型结合高效生物载体技术、生物菌群驯化技术、微孔曝气技术、高效节能技术以及河道治理工程技术等，进行复合、集成和优化，使得在不影响河道防洪排涝的情况下，具有投资少、占地面积小、节能环保、氨氮去除效率高、持久长效、无二次污染的多重功能。

Description

一种河道去除氨氮的异位处理装置

技术领域

本实用新型涉及河道水体治理技术领域，具体涉及一种河道去除氨氮的异位处理装置(EMT)。

背景技术

随着我国水体排放标准的日益提高，人们已经不满足于仅仅消除黑臭水体，对水体中氮磷含量的标准也有了硬性要求，而氨氮该如何有效的降解则是首要的难题。我国地表水环境质量标准中V类地表水的氨氮要求在2以下，虽然很多河道在治理后基本消除了黑臭，可是氨氮的含量还是很高，远远达不到国家V类水的标准。

众所周知，水中的氨氮含量过高易造成水体富营养化，引起藻类爆发。目前政府实施的截污纳管以及对河道周边群众进行环保宣传工作，只能从源头上减少氨氮的含量，而河道本身的氨氮含量也有必要进行有效的降解。目前比较常见的河道氨氮去除技术包括构建水生动植物生态系统、投加微生物菌剂以及引流换水。其中构建水生动植物生态系统效率低，耗时长，对气候要求高，季节性强，后期养护工作量大，不适合水质恶劣的河道；而将微生物菌剂投入河道以及引流换水，不仅工程量大，对人力物力耗费高，还容易对河道原有生态系统造成冲击，引发二次污染，而且只能保证短期有效，无法持续长效。

实用新型内容

为克服现有技术不足，本实用新型提供一种河道去除氨氮的异位处理装置，结合高效生物载体技术、生物菌群驯化技术、微孔曝气技术、高效节能技术以及河道治理工程技术等，进行复合、集成和优化，使得在不影响河道防洪排涝的情况下，具有投资少、占地面积小、节能环保、氨氮去除效率高、持久长效、无二次污染的多重功能。

一种河道去除氨氮的异位处理装置，包括：

反应器本体，所述反应器本体内顺水流方向依次为生物选择区和生物反应区，所述生物反应区内填充生物填料；

设于所述生物填料内部的折流通道；

用于调控所述生物选择区和生物反应区内溶氧浓度的曝气系统；

用于调控所述生物选择区和生物反应区内温度的温控设备；

用于监测所述生物选择区内pH值的pH监测装置；

以及用于将所述生物选择区和生物反应区内底泥排出的排泥系统。

利用所述异位处理装置进行河道水体氨氮去除的方法，包括如下步骤：

将待处理河道原始底泥投放至生物反应区，投泥量为生物反应区容积的1/4～1/5，底泥含水率为95％～98％；连续进水直至反应器本体内高度7/10～4/5处，停止进水，调节pH为8.0～8.4，开启曝气系统和温控系统，控制水温在20～35℃，控制生物选择区的DO为4.0～5.0mg/L，生物反应区内前半段DO为2.0～3.0mg/L、后半段DO为0～1.0mg/L，闷曝至出水氨氮低于2mg/L且生物填料挂膜饱满后开始缓慢进水，保持稳定，根据出水氨氮浓度调节进水量，当出水氨氮低于2mg/L且进水量达到最大值时，驯化结束，保持持续进水。

进一步地，闷曝时间为24h左右。

根据出水氨氮调节进水量的具体操作为：当出水氨氮有所下降时，适当调大进水量，直至出水氨氮不再下降，每日检测出水氨氮浓度，当出水氨氮低于2mg/L且进水量达到最大值时，驯化结束，保持持续进水。

本实用新型的处理原理为：氨氮可以在有氧存在的情况下被微生物氧化成亚硝酸盐，并进一步被氧化成硝酸盐。本装置通过生物选择区筛选出需要的硝化菌进行培养，生物反应区的曝气装置、温控设备以及适当的pH给硝化菌提供良好的外在生长环境，同时采用高效生物填料来附着更多的硝化菌，排泥系统可以排掉老化死掉的硝化菌。而折流式的流动方式可以让硝化菌与河水中的氨氮充分反应。通过有针对性的驯化方法可以快速让硝化菌生长繁殖，加快河道的氨氮降解。

优选地，所述生物填料为聚氨酯海绵，所述聚氨酯海绵以边长为5cm～20cm的正方体形式填充于生物反应区内。

进一步优选地，单个正方体的比重为0.9～0.95、比表面积为800～1000㎡/m³、孔隙率≥97％。聚氨酯海绵本身为现有技术，可通过市购途径获得。

本实用新型采用聚氨酯海绵为填料，并结合温控设备、曝气系统以及pH检测仪对填料内温度、溶氧浓度和pH等条件进行控制，有益于硝化菌的培养，同时在填料中设置折流通道和细化分区，每个区域内溶氧浓度分别控制。

所述生物填料为高效聚氨酯生物海绵填料，单个模块是边长为5cm～20cm的正方体，填料比重为0.9～0.95，比表面积为800～1000㎡/m³，孔隙率≥97％。

优选地，所述生物反应区内生物填料上方设置多空压板所述生物反应区内且位于生物填料上方设置多孔压板。多孔压板固定生物填料，多孔压板采用PE塑料隔板，隔板据下方底板的高度与装置整体高度之比为0.3～0.5，隔板孔隙为3×3×3cm的正方体，隔板内壁厚度为2cm。在隔板之间填料填充率为80％～90％。

优选地，所述生物反应区内设有一组第一挡板和一组第二挡板，第一挡板与反应器本体底板固定、与反应器本体顶板之间为过水通道，第二挡板与反应器本体顶板固定、与反应器本体底板之间为过水通道，且两组挡板交错布置以形成所述折流通道。

进一步优选，所述生物选择区与生物反应区之间由第一挡板与反应器本体顶板之间的过水通道连通。即生物选择区和生物反应区的交界面处为所述第一挡板，水流进入生物反应区内时为下降流。

更进一步优选，所述第二挡板的底端带有一段逆水流方向弯折的弯折部，生物反应区内的曝气管设于上升流区域内。

装置内设有折流挡板，引导水流方向，使装置内水流呈折流式流动；第二挡板底端曲折，使上升区内曝气充分。两组挡板交错布置将反应区划分为上升区间与下降区间，优选地，上升区间与下降区间的体积比为2～4。

进一步优选地，上层挡板(即第二挡板)弯折部的弯折角度为30～60°。生物反应区内水流通过挡板的流速为0.01～0.04m/s。

进一步优选地，上层挡板(第二挡板)距下底板距离为10～40cm；下层挡板(第一挡板)距顶层距离为10～40cm。

优选地，所述曝气系统包括：

纳米曝气机；

分别设于生物选择区、生物反应区前半段和生物反应区后半段内的三套曝气支管，三套曝气支管独立配置流量控制阀；

分别设于生物选择区、生物反应区前半段和生物反应区后半段内的溶氧检测仪；

以及控制器，所有溶氧检测仪接入该控制器，所述纳米曝气机及所有流量控制阀接入并受控于该控制器。

生物反应区前半段和后半段均被第一隔板分隔为若干个区域，优选地，前半段和后半段区域数量设置相当，进一步地，前半段和后半段各为2～4个分隔区域。

本实用新型中曝气方式选用较高氧转移效率的纳米曝气，纳米曝气的氧气传送比率≥80％。本实用新型的曝气装置通过DO反馈控制系统(即溶氧检测仪和控制器)来调节曝气量，控制生物选择区内DO为4.0～5.0mg/L；针对硝化菌生长代谢特性，控制生物反应区前半段的DO分别为：3.0～4.0mg/L，后半段DO为0～2.0mg/L，其中生物反应区内前半段与后半段的体积之比为1～1.5。

优选地，所述温控设备包括：

加热装置；

分别设于所述生物选择区和生物反应区内的温度传感器；

以及控制器，所有温度传感器接入该控制器，所述加热装置接入并受控于该控制器。

进一步优选地，所述加热装置为均匀分布于所述反应器本体底部的加热棒。

进一步优选地，所述反应器本体的顶板为吸热板；所述反应器本体的侧壁为储能板。

吸热板为内部安装吸热板芯、外部涂覆太阳能吸热涂料的吸热板；储能板为相变潜能储能材料制成的储能板。

通过温控设备控制反应器本体内温度为20～35℃，同时，本实用新型采用吸热板作为反应器本体顶板，吸热板是外面涂覆太阳能吸热涂料的导热板，该太阳能吸热涂料为市场上的聚氨酯吸热涂料，涂料辐射系数可达28％-49％，对太阳能的吸收率可达到80～90％，吸热板内部安装有吸热板芯，将太阳能转化为所需的热能。反应器本体的四周为新型相变潜热储能材料，材料为多孔石墨基相变储能复合材料，储热量为1000～2000kJ/㎡。平时能在升温过程中储存热能，当装置内温度低于15℃时能主动释放储存的热能；当冬季温度太低且储存的热能不足时，开启温控设备。

导热板和储能板的材料及制备方法本身均为现有技术。

优选地，所述排泥系统包括：

排泥泵，该排泥泵带有定时控制器，该定时控制器接入并受控于控制器。

生物选择区和生物反应区内的每个隔区内均设有排泥泵，排泥泵由外接管将各个排泥系统连接起来一起排出，外接管距离地面20～50cm，管口直径为50cm，设有人工控制阀门，管内有滤网，滤网圆孔直径为3～4cm。

本实用新型中曝气系统、温控设备和排泥系统所用控制器可以采用同一个控制器也可以分别采用，为节省成本，本实用新型采用同一个控制器。本实用新型所用控制器为本领域常规控制器，例如PLC控制等。

优选地，所述生物选择区内pH通过投加NaHCO3和稀盐酸，并结合在线pH监测控制在8.0～8.4。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型将聚氨酯海绵填料应用于河道水体的处理装置中，同时在填料中设置折流通道和细化分区，每个区域内溶氧浓度分别控制，各条件之间相互系统，共同促进，提高水体氨氮去除效果。

(1)氨氮去除效率高。以前的技术氨氮去除率很难达到50％，通过该异位处理装置，在HRT达到2h左右，氨氮去除率可高达90％以上。

(2)占地面积小，节能环保，无二次污染。相比构建水生动植物生态系统以及引水工程等耗时长、效率低、投资大的一些措施，本实用新型占地面积小，采用新型节能材料，通过硝化菌对河水中氨氮的降解来达到去除氨氮的目的，没有二次污染。

(3)投资少，运行费用低，可持续长效。本实用新型所需设备简单，投入费用少。装置可自由调控运行时间，运行功率低，无噪音污染，一旦启动无需人员守护，可以长期有效的降解河道中的氨氮。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-反应器本体 2-生物选择区 3-进水口

4-生物反应区 5-吸热板 6-第一挡板

7-第二挡板 8-填料 9-多孔压板

10-出水口 11-排泥口 12-温控设备

13-曝气系统 14-排泥系统

具体实施方式

如图1所示，一种河道除去氨氮的异位处理装置，包括反应器本体1，反应器本体1的四周为储能板，顶盖为吸热板5，反应器本体内顺水流方向依次为生物选择区2和生物反应区4，生物反应区内填充生物填料8，生物填料上方设置多空压板9，多孔压板距离底板的高度与装置总体高度比为0.3～0.5，进水口3设置在生物选择区2上，出水口10设置生物反应区末端填料上方。

生物反应区4内设置两组挡板，一组第一挡板6和一组第二挡板7，第一挡板固定在反应器本体内底板上、与顶板之间形成过水通道，第二挡板固定在顶板上、与底板之间形成过水通道，生物选择区2和生物反应区4的界面处为第一挡板，第一挡板和第二挡板交错布置在生物反应区内形成折流通道，水流以下降流进入生物反应区内，每个第二挡板的下端向邻近该第二挡板的下降流区域侧弯折形成一段弯折部，弯折部的弯折角度为30～60°，每两块第一挡板之间被一块第二挡板分隔为下降区和上升区，上升区和下降区的体积比为2～4。

生物选择区内设置pH监测仪，根据实时监测的pH值向生物选择区内投加药剂，调节生物选择区内的pH为8.0～8.4。

反应器本体配置曝气系统13、温控设备12和排泥系统14，三套系统均由一套控制系统控制，控制系统采用控制器，控制器采用常规的PLC控制器即可。

曝气系统包括一台纳米曝气机，该纳米曝气机可直接采用市售产品，生物选择区内和生物反应区内的所有上升流区域内均设置曝气支管，每个区域内的曝气支管分别通过对应的管路与纳米曝气机相连，每一个连接对应曝气支管和纳米曝气机的管路上均设置流量控制阀，即生物选择区和生物反应区内的每个上升流区域内的曝气支管的曝气量均独立控制，生物选择区内和生物反应区内的每个上升流区域内均设置溶氧检测仪，所有的溶氧检测仪接入控制器内，所有的流量控制器及纳米曝气机均接入并受控于控制器。

溶氧检测仪在图中未示出，可固定与反应器被踢的顶板、侧壁或挡板上，探头伸入水体内。溶氧检测仪将各区域内的实时溶氧浓度反馈给控制器，控制器根据接收到的溶氧浓度数据实时调控各区域流量控制阀的流量，保证生物选择区的溶氧浓度为4.0～5.0mg/L，生物反应区前半段(即图中Ⅰ所示区间)溶氧浓度为2.0～3.0mg/L、后半段(即图中Ⅱ所示区间)溶氧浓度为0～1.0mg/L。温控设备包括均匀分布于反应器本体底部的加热棒、以及分别设于生物选择区和生物反应区内每两个第一挡板之间区域内的温度传感器，所有温度传感器接入上述控制器内，所有加热棒接入并受控于上述控制器。

温度传感器在图中未示出，可固定与反应器被踢的顶板或侧壁上或挡板上，探头伸入水体内，温度传感器将检测的温度信息传输给控制器，控制器根据接收到的温度信息调控各加热棒的加热温度，保证整个反应本体内温度为20～35℃。

排泥系统包括设置在生物选择区及生物反应区内没两个第一挡板之间区域内的多个排泥泵，连接所有排泥泵的排泥管，所有污泥汇总后由排泥口11排出，每个排泥泵设置定时控制器，所有定时控制器接入并受控于上述控制器。

本实用新型的工作方式如下：

将原始河道底泥投放至生物反应区，投泥量为装置箱体的1/4～1/5，底泥含水率为95％～98％。

连续进水直至装置箱体高度的4/5左右，停止进水，调节pH为8.0～8.4，开启温控设备，控制水温在20～35℃，开启曝气装置，控制生物选择区的DO为4.0～5.0mg/L，生物反应区曝气区间Ⅰ、Ⅱ的DO分别为2.0～3.0mg/L、0～1.0mg/L。

闷曝24h，待出水氨氮低于2mg/L，且高效生物填料挂膜饱满后，开始缓慢进水，保持稳定。

当出水氨氮有所下降时，适当调大进水量，直至出水氨氮不再下降。每日检测出水氨氮浓度，当出水氨氮低于2mg/L且进水量达到最大值时，驯化结束，保持持续进水。

每年排泥2～3次，排掉老化污泥，保证污泥活性。

实施例1

在台州市路桥区路北街道洋叶泾通过试运行该装置进行生态修复，洋叶泾位于台州市路桥区路北街道，属南官河水系，呈南北走向，北起腾达路，南至南官河，全长约730米，宽约12-17米，平均水深约1.5米，治理河面面积约11100㎡，水质为劣五类水。2016年4月在源头与中间段分别放置一台该异位处理装置，通过短期的驯化培养后，装置持续运行三个月，已有了明显的效果，氨氮指标详见下表：

表1洋叶泾治理前后水质对比一览表

	pH	氨氮(mg/L)
			治理前平均水质	7.02	15.73
治理后平均水质	7.18	1.28

实施例2

在上虞东关街道后濠湖某点位进行实验，后濠湖位于绍兴市上虞东关街道，周边居民生活污水排放严重，虽然经过截污纳管，但是原有水质仍然恶劣，经检测为劣五类水。2016年6月放置2台该异位处理装置在后濠湖的两端，经过装置三个月的持续运行，已有了明显的效果，氨氮指标详见下表：

表2后濠湖治理前后水质对比一览表

	pH	氨氮(mg/L)
			治理前平均水质	6.51	20.78
治理后平均水质	7.32	1.55

实施例3

在杭州市余杭区计家坝港选取某处实验河段，计家坝港位于余杭区仁和街道双陈村，长940m，宽约10-15m，平均水深1m，河道水面面积约10000平方米，河水为劣五类水。2016年8月测得河道内河水氨氮为21.8mg/L，将本实用新型装置置于计家坝港某段，经过1周的调试，设备出水稳定，出水氨氮低于2mg/L；经过装置一个月的持续运行，河水整体氨氮下降到了8mg/L。实验证明，该实用新型装置效果显著，是可行的。

取原始氨氮为10mg/L的河水3L，分别加入不同的填料，并都加入少量的硝化菌，测试其在曝气后的氨氮值(单位mg/L)，结果如表3所示：

表3

以上所述仅为本实用新型专利的具体实施案例，但本实用新型专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (9)

1.一种河道去除氨氮的异位处理装置，其特征在于，包括：

反应器本体，所述反应器本体内顺水流方向依次为生物选择区和生物反应区，所述生物反应区内填充生物填料；

设于所述生物填料内部的折流通道；

用于调控所述生物选择区和生物反应区内溶氧浓度的曝气系统；

用于调控所述生物选择区和生物反应区内温度的温控设备；

用于监测所述生物选择区内pH值的pH监测装置；

以及用于将所述生物选择区和生物反应区内底泥排出的排泥系统。

2.根据权利要求1所述异位处理装置，其特征在于，所述生物填料为聚氨酯海绵，所述聚氨酯海绵以边长为5cm～20cm的正方体形式填充于生物反应区内。

3.根据权利要求2所述异位处理装置，其特征在于，单个正方体的比重为0.9～0.95、比表面积为800～1000㎡/m³、孔隙率≥97％。

4.根据权利要求3所述异位处理装置，其特征在于，所述生物反应区内且位于生物填料上方设置多孔压板。

5.根据权利要求1所述异位处理装置，其特征在于，所述生物反应区内设有一组第一挡板和一组第二挡板，第一挡板与反应器本体底板固定、与反应器本体顶板之间为过水通道，第二挡板与反应器本体顶板固定、与反应器本体底板之间为过水通道，且两组挡板交错布置以形成所述折流通道。

6.根据权利要求5所述异位处理装置，其特征在于，所述生物选择区与生物反应区之间由第一挡板与反应器本体顶板之间的过水通道连通。

7.根据权利要求1所述异位处理装置，其特征在于，所述曝气系统包括：

纳米曝气机；

分别设于生物选择区、生物反应区前半段和生物反应区后半段内的三套曝气支管，三套曝气支管独立配置流量控制阀；

分别设于生物选择区、生物反应区前半段和生物反应区后半段内的溶氧检测仪；

以及控制器，所有溶氧检测仪接入该控制器，所述纳米曝气机及所有流量控制阀接入并受控于该控制器。

8.根据权利要求1所述异位处理装置，其特征在于，所述温控设备包括：

加热装置；

分别设于所述生物选择区和生物反应区内的温度传感器；

以及控制器，所有温度传感器接入该控制器，所述加热装置接入并受控于该控制器。

9.根据权利要求8所述异位处理装置，其特征在于，所述反应器本体的顶板为吸热板；所述反应器本体的侧壁为储能板。