一種脫除地下水中氮素的裝置和脫除地下水中氮素的方法
【專利摘要】一種脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系統(tǒng)和集中型硝化反硝化系統(tǒng)兩部分組成。本發(fā)明還公開(kāi)了利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法。本發(fā)明利用水氣分離方法、植物、微生物、納米曝氣等方式構(gòu)建的裝置，集中分級(jí)進(jìn)行氮素的硝化反硝化處理，對(duì)于地下水中硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮、有機(jī)氮各種氮素有較快速脫除效果，及時(shí)避免由于氮素指標(biāo)超標(biāo)引發(fā)的地下水緊急污染狀況。
【專利說(shuō)明】一種脫除地下水中氮素的裝置和脫除地下水中氮素的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種脫除地下水中氮素的裝置。
[0002] 本發(fā)明還涉及利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 氨氮進(jìn)入人體而合成亞硝基化合物，而硝態(tài)氮在人體內(nèi)也可被微生物直接還原為 有毒的亞硝態(tài)氮，所以人體攝入過(guò)量硝態(tài)氮易使器官發(fā)生癌變。地下水硝態(tài)氮污染早已引 起聯(lián)合國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視，其中氨氮主要來(lái)源于蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生，而地下水中的硝 態(tài)氮主要來(lái)自農(nóng)田施用化肥，污灌和土壤中氨氮的微生物硝化作用，硝態(tài)氮極易隨土壤自 由水淋溶進(jìn)入地下水，對(duì)人體有一定的危害。飲用水中硝態(tài)氮超過(guò)500mg/L時(shí)能引起胃腸 障礙，刺激膀胱的粘液層出現(xiàn)尿頻和腹瀉癥狀，因此國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨氮及硝態(tài)氮指數(shù) 做了嚴(yán)格規(guī)定。而地下水中氨氮、硝態(tài)氮含量超過(guò)飲用水標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)很多，地方性疾病也伴 隨產(chǎn)生，為改善飲用水的質(zhì)量，急需處理地下水中氨氮、硝態(tài)氮的有效技術(shù)。
[0004] 土壤生態(tài)系統(tǒng)中的生物對(duì)其硝酸鹽氮的消長(zhǎng)具有重要的作用，其中硝化和反硝化 細(xì)菌是影響地下水中硝酸鹽濃度的重要生物因素之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種脫除地下水中氮素的裝置。
[0006] 本發(fā)明的又一目的是提供一種利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系 統(tǒng)和集中型硝化反硝化系統(tǒng)兩部分組成；其中：
[0008] 地下水提升系統(tǒng)，是在一提升井的內(nèi)壁設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)設(shè)置有針 式清掃器，針式清掃器探入過(guò)濾網(wǎng)孔的尖端有微小彎鉤；提升水泵將地下水自提升井內(nèi)過(guò) 濾并提升至集中型硝化反硝化系統(tǒng)的配水管；
[0009] 配水管為一個(gè)穿孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵 碳填料，具有微電解功能；
[0010] 集中型硝化反硝化系統(tǒng)四周注射土壤板結(jié)劑作為不透水層的隔斷墻；集中型硝化 反硝化系統(tǒng)的內(nèi)部自上而下分別為納米曝氣硝化層和集中型反硝化層，納米曝氣硝化層和 集中型反硝化層之間采用帶有毛細(xì)孔的陶瓷板做隔離，陶瓷板上包裹有零價(jià)納米鐵；納米 曝氣硝化層底部設(shè)有一個(gè)以上的納米曝氣頭；
[0011] 納米曝氣硝化層內(nèi)的填充物為活性炭、摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩的混合 物，混合物的底部為弗羅里硅藻土；
[0012] 集中型反硝化層內(nèi)的填充物為活性炭與介孔分子篩的混合物；
[0013] 集中型反硝化層中設(shè)置有C0D壓力在線自動(dòng)控制裝置、壓力在線自動(dòng)控制裝置和 氣水分離器；
[0014] 集中型硝化反硝化系統(tǒng)的表面栽種有植物。
[0015] 所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層內(nèi)的納米曝氣頭連接納米曝氣機(jī)。
[0016] 所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層中的活性炭、弗羅里硅藻土以及摻雜納米二氧 化鈦的赤泥分子篩的粒徑為2mm-50mm。
[0017] 所述的裝置，其中，集中型反硝化層中的活性炭和介孔分子篩的粒徑為2_-5_。
[0018] 所述的裝置，其中，植物選擇千屈菜和再力花，栽種比例為1:2,以保證吸收效果的 同時(shí)具有景觀效果。
[0019] 本發(fā)明提供的利用上述裝置脫除地下水中氮素的方法：
[0020] 提升水泵將地下水自提升井內(nèi)過(guò)濾并提升至集中型硝化反硝化系統(tǒng)的配水管進(jìn) 入納米曝氣硝化層內(nèi)，則活性炭吸附地下水中的有機(jī)氮以及氨氮，并在納米曝氣的作用下 將氧化為硝態(tài)氮，伴隨此過(guò)程地下水中大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，作為反硝化層 的碳源；底部的弗羅里硅藻土攔截大分子有機(jī)物，與納米曝氣機(jī)聯(lián)合控制集中型反硝化層 中大分子有機(jī)物的量，保證集中型反硝化層碳源保持在一定的濃度范圍內(nèi)；
[0021] 經(jīng)納米曝氣硝化層處理的地下水液體直接透過(guò)陶瓷板進(jìn)入集中型反硝化層，氣體 被隔離出來(lái)，防止氧氣和氣泡進(jìn)入集中型反硝化層，保證系統(tǒng)內(nèi)絕對(duì)厭氧環(huán)境，同時(shí)陶瓷板 上的零價(jià)納米鐵用于網(wǎng)捕重金屬，防止重金屬濃度過(guò)高產(chǎn)生生物毒性，抑制集中型反硝化 層中反硝化菌的生長(zhǎng)；
[0022] 進(jìn)入集中型反硝化層的地下水中硝態(tài)氮被吸附，隨著反硝化反應(yīng)的正向進(jìn)行不斷 緩釋，防止由于流速過(guò)快硝氮直接進(jìn)入地下水中；
[0023] 壓力在線自動(dòng)控制裝置測(cè)量集中型反硝化層內(nèi)部的壓力，當(dāng)反硝化過(guò)程產(chǎn)生氮?dú)?量過(guò)高、壓力過(guò)大時(shí)，由氣水分離器抽出氮?dú)猓苿?dòng)反應(yīng)的正向進(jìn)行；
[0024] C0D在線自動(dòng)控制裝置測(cè)量集中型反硝化層的內(nèi)部C0D變化情況，通過(guò)C0D值自動(dòng) 控制曝氣機(jī)曝氣時(shí)間。
[0025] 所述的方法，其中，C0D在線自動(dòng)控制裝置在C0D低于75mg/L時(shí)，調(diào)節(jié)納米曝氣機(jī) 曝氣量在〇. 2-0. 5 ;C0D高于75mg/L時(shí)，調(diào)節(jié)納米曝氣機(jī)曝氣量高于0. 5。
[0026] 所述的方法，其中，納米曝氣硝化層內(nèi)的納米曝氣頭進(jìn)氣為02。
[0027] 本發(fā)明利用水氣分離方法、植物、微生物、納米曝氣等方式構(gòu)建的裝置，集中分級(jí) 進(jìn)行氮素的硝化反硝化處理，對(duì)于地下水中硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮、有機(jī)氮各種氮素有較 快速脫除效果，及時(shí)避免由于氮素指標(biāo)超標(biāo)引發(fā)的地下水緊急污染狀況。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明：
[0030] 1-隔斷墻；2-植物；3-堿性注射裝置；4-提升水泵；5-提升井；6-配水管；7-陶 瓷板；8-過(guò)濾網(wǎng)；9-集中型反硝化層；10-抽出管；11-納米曝氣硝化層；12-納米曝氣頭； 13-C0D在線自動(dòng)控制裝置；14-壓力在線自動(dòng)控制裝置；15-氣水分離器；

【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在以下敘述中提到的左、右、上、下等均 是以附圖所示的方向?yàn)闇?zhǔn)。
[0032] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供的脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系統(tǒng)、集 中型硝化反硝化系統(tǒng)兩部分組成。
[0033] 其中，地下水提升系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)為提升井5,提升井5內(nèi)設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的過(guò)濾網(wǎng) 8,在提升水泵4的抽吸作用下將地下水提升至原地水平線處，提升過(guò)程中地下水流經(jīng)過(guò)濾 網(wǎng)8進(jìn)行過(guò)濾以便于下一步處理；同時(shí)為防止過(guò)濾網(wǎng)8堵塞，特別設(shè)置針式清掃器，清掃器 探入過(guò)濾網(wǎng)孔的尖端有微小彎鉤，用于清掃過(guò)濾網(wǎng)防止其堵塞。
[0034] 地下水提升系統(tǒng)的出水口連接至集中型硝化反硝化系統(tǒng)的配水管6,配水管6為 一個(gè)穿孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵碳填料，具有微電解 功能。
[0035] 集中型硝化反硝化系統(tǒng)的四周注射土壤板結(jié)劑作為不透水層的隔斷墻1，集中型 硝化反硝化系統(tǒng)的內(nèi)部自上而下分別為納米曝氣硝化層11和集中型反硝化層9。納米曝氣 硝化層厚0. 7m，由粒徑2mm-50mm的活性炭、摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩以及底部的弗 羅里硅藻土組成，納米曝氣硝化層底部布設(shè)有納米曝氣頭12間歇曝氣，納米曝氣頭12發(fā)散 出的納米氣泡具有特殊性質(zhì)，在物理作用下細(xì)密的散布在待處理的地下水中；活性炭用于 吸附地下水中有機(jī)氮以及氨氮，在納米曝氣的作用下產(chǎn)生羥自由基將其氧化為硝態(tài)氮，伴 隨此過(guò)程地下水中大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，可作為集中反硝化層9的碳源，底 部的弗羅里硅藻土的作用是攔截大分子有機(jī)物，與納米曝氣機(jī)聯(lián)合控制集中型反硝化層中 大分子有機(jī)物的量，保證集中型反硝化層碳源保持在以一定濃度范圍內(nèi)；納米二氧化鈦提 供空穴或自由負(fù)離子，間或產(chǎn)生短暫的高級(jí)氧化協(xié)同微電解效應(yīng)。納米曝氣硝化層11和集 中型反硝化層9之間以及集中型反硝化層底部使用毛細(xì)孔的陶瓷板7做隔離，此毛細(xì)陶瓷 板7具有恒定的較小化學(xué)活性和均勻密集的小孔分布，以及低吸附高氧化鋁含量和適宜的 氣泡壓力（lbar到lOOkpa)的特性，液體可通過(guò)此陶瓷板7直接透過(guò)，而氣體或氣泡從液體 中被隔離出來(lái)。防止氧氣和氣泡進(jìn)入集中型反硝化層9,保證系統(tǒng)內(nèi)絕對(duì)厭氧環(huán)境，同時(shí)陶 瓷板7中包裹零價(jià)納米鐵，用于網(wǎng)捕重金屬，防止重金屬濃度過(guò)高產(chǎn)生生物毒性，抑制集中 型反硝化層中反硝化菌的生長(zhǎng)。
[0036] 集中型反硝化層厚0. 8m，由粒徑的活性炭與介孔分子篩混合組成，使得 進(jìn)入集中型反硝化層的待處理地下水中硝態(tài)氮被瞬間吸附，隨著反硝化反應(yīng)的正向進(jìn)行不 斷緩釋，防止由于流速過(guò)快硝氮直接進(jìn)入地下水中；
[0037] 集中型反硝化層中設(shè)置有壓力在線自動(dòng)控制裝置14以測(cè)量?jī)?nèi)部壓力，當(dāng)反硝化 過(guò)程產(chǎn)生氮?dú)饬窟^(guò)高、壓力過(guò)大時(shí)，自動(dòng)控制氣水分離器15抽出氮?dú)?，推?dòng)反應(yīng)的正向進(jìn) 行。集中型反硝化層中設(shè)置的C0D在線自動(dòng)控制裝置13測(cè)量集中型反硝化層內(nèi)部的C0D變 化情況，通過(guò)C0D值自動(dòng)控制曝氣機(jī)曝氣時(shí)間，當(dāng)集中型反硝化層中的C0D低于75mg/L時(shí)， 調(diào)節(jié)納米曝氣機(jī)曝氣量在〇. 2-0. 5達(dá)成消解效應(yīng)；當(dāng)C0D高于75mg/L時(shí)，調(diào)節(jié)納米曝氣機(jī) 曝氣量高于〇. 5達(dá)成氧化效應(yīng)。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)本發(fā)明處理的污水中，亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮100%去 除，有機(jī)氮降低99 %，出水水質(zhì)透明度高。
【權(quán)利要求】
1. 一種脫除地下水中氮素的裝置，主要由地下水提升系統(tǒng)和集中型硝化反硝化系統(tǒng)兩 部分組成；其中： 地下水提升系統(tǒng)，是在一提升井的內(nèi)壁設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)設(shè)置有針式清 掃器，針式清掃器探入過(guò)濾網(wǎng)孔的尖端有微小彎鉤；提升水泵將地下水自提升井內(nèi)過(guò)濾并 提升至集中型硝化反硝化系統(tǒng)的配水管； 配水管為一個(gè)穿孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵碳填 料，具有微電解功能； 集中型硝化反硝化系統(tǒng)四周注射土壤板結(jié)劑作為不透水層的隔斷墻；集中型硝化反硝 化系統(tǒng)的內(nèi)部自上而下分別為納米曝氣硝化層和集中型反硝化層，納米曝氣硝化層和集中 型反硝化層之間采用帶有毛細(xì)孔的陶瓷板做隔離，陶瓷板上包裹有零價(jià)納米鐵；納米曝氣 硝化層底部設(shè)有一個(gè)以上的納米曝氣頭； 納米曝氣硝化層內(nèi)的填充物為活性炭、摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩的混合物，混 合物的底部為弗羅里硅藻土； 集中型反硝化層內(nèi)的填充物為活性炭與介孔分子篩的混合物； 集中型反硝化層中設(shè)置有COD壓力在線自動(dòng)控制裝置、壓力在線自動(dòng)控制裝置和氣水 分離器； 集中型硝化反硝化系統(tǒng)的表面栽種有植物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層內(nèi)的納米曝氣頭連接納米曝氣 機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣硝化層中的活性炭、弗羅里硅藻土以及 摻雜納米二氧化鈦的赤泥分子篩的粒徑為2 mm- 5 0 mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，集中型反硝化層中的活性炭和介孔分子篩的粒 徑為 2mm-5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，植物選擇千屈菜和再力花，栽種比例為1:2,以保 證吸收效果的同時(shí)具有景觀效果。
6. 利用權(quán)利要求1所述裝置脫除地下水中氮素的方法： 提升水泵將地下水自提升井內(nèi)過(guò)濾并提升至集中型硝化反硝化系統(tǒng)的配水管進(jìn)入納 米曝氣硝化層內(nèi)，則活性炭吸附地下水中的有機(jī)氮以及氨氮，并在納米曝氣的作用下將氧 化為硝態(tài)氮，伴隨此過(guò)程地下水中大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，作為反硝化層的碳 源；底部的弗羅里硅藻土攔截大分子有機(jī)物，與納米曝氣機(jī)聯(lián)合控制集中型反硝化層中大 分子有機(jī)物的量，保證集中型反硝化層碳源保持在一定的濃度范圍內(nèi)； 經(jīng)納米曝氣硝化層處理的地下水液體直接透過(guò)陶瓷板進(jìn)入集中型反硝化層，氣體被隔 離出來(lái)，防止氧氣和氣泡進(jìn)入集中型反硝化層，保證系統(tǒng)內(nèi)絕對(duì)厭氧環(huán)境，同時(shí)陶瓷板上的 零價(jià)納米鐵用于網(wǎng)捕重金屬，防止重金屬濃度過(guò)高產(chǎn)生生物毒性，抑制集中型反硝化層中 反硝化菌的生長(zhǎng)； 進(jìn)入集中型反硝化層的地下水中硝態(tài)氮被吸附，隨著反硝化反應(yīng)的正向進(jìn)行不斷緩 釋，防止由于流速過(guò)快硝氮直接進(jìn)入地下水中； 壓力在線自動(dòng)控制裝置測(cè)量集中型反硝化層內(nèi)部的壓力，當(dāng)反硝化過(guò)程產(chǎn)生氮?dú)饬窟^(guò) 高、壓力過(guò)大時(shí)，由氣水分離器抽出氮?dú)?，推?dòng)反應(yīng)的正向進(jìn)行； COD在線自動(dòng)控制裝置測(cè)量集中型反硝化層的內(nèi)部COD變化情況，通過(guò)COD值自動(dòng)控制 曝氣機(jī)曝氣時(shí)間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，COD在線自動(dòng)控制裝置在COD低于75mg/L時(shí)，調(diào) 節(jié)納米曝氣機(jī)曝氣量在0. 2-0. 5 ;C0D高于75mg/L時(shí)，調(diào)節(jié)納米曝氣機(jī)曝氣量高于0. 5。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，納米曝氣硝化層內(nèi)的納米曝氣頭進(jìn)氣為02。
【文檔編號(hào)】C02F101/16GK104193076SQ201410357485
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王雷, 席北斗, 李英軍, 張列宇, 蘇靖, 何小松, 王麗君, 高如泰 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院