[发明专利]除氮素生物过滤装置及其在处理微污染水源水中的应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理工艺领域，具体涉及一种除氮素生物过滤装置及其在处理微污染水源水中的应用。

背景技术

微污染水源水是指受到轻微污染的自来水源水。目前我国地表水污染情况较严重，饮用水源大多受到各类氮素的污染，其中以氨氮的形式最为突出。原水中较高的氨氮浓度预示着水体正在遭受着污染。饮用水中的氨氮可能导致管网末梢的亚硝酸盐问题和嗅味问题，从而影响饮用水质和人体健康。国内外运用较为普遍的饮用水氨氮处理技术主要有生物法、物理法和化学法。其中，离子交换法处理效果不受气候条件影响，但交换剂需要再生，使处理费用大大增加，故不能得到广泛应用。生物处理技术因不产生副产物（氨氮在微生物作用下被完全转化为氮气）而在国内外备受青睐。但是传统生物法（如生物滤池、生物接触氧化等）的处理效率很容易受到各种工艺条件（如C/N、pH、溶解氧、温度等）的影响。为了提高氨氮的去除效率，将离子交换法与生物法联用以期同时发挥两者的优势。

沸石是一种很好的离子交换材料，不仅具有良好的吸附性和离子交换性，而且很适合微生物的生长繁殖。因此，将天然沸石作为曝气生物滤池的载体用于处理水体中的氨氮颇具前景。这种方法是将污泥接种于天然沸石生物滤料，进行强化挂膜，待生物膜成熟后，在曝气的条件下，对水中的氨氮进行吸附降解。近年来，已经有学者将这种方法应用与生活污水、纺织废水、景观用水等水体中氨氮的去除，并取得良好的效果。同时，也有学者将此法借用于饮用水源水氨氮的处理。目前用于处理饮用水源氨氮处理的生物工艺有很多，如天然沸石曝气生物滤池、活化沸石生物滤池、低密度沸石曝气生物滤池等，应用较为广泛的是天然沸石曝气生物滤池工艺。

天然沸石曝气生物滤池是将天然沸石作为滤池生物载体，取活性污泥或河流底泥进行生物接种挂膜，得到含多种生物的生物膜，在全程曝气的条件下对水中氨氮进行处理。这种方法能很好的将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮，使水中氨氮浓度大大降低。但是，作为生物载体的天然沸石孔穴和通道中，通常被一些可交换的阳离子K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺和水分子以及其他杂质所堵塞、孔穴和通道连通程度较差。这降低了天然沸石对氨氮的吸附性能；其次，此方法以污泥作为生物源，不可避免的引入多种微生物，不仅会使异养微生物与消化菌群（特别是反硝化菌）竞争有限的有机物，降低氨氮降解效率，还会增加有害微生物在饮用水中出现的风险；更重要的是，该工艺没有考虑总氮的去除，工艺中采用全程曝气，过高的溶解氧抑制了反硝化菌对硝态氮的降解，从而不能去除总氮。因此，用该方法对微污染氨氮水源进行处理后，没有完全消除总氮对人体健康的危害。

活化沸石生物滤池和低密度沸石曝气生物滤池都只是对天然沸石生物滤池的生物载体进行了改进，虽提高了氨氮的去除效率，但仍没将总氮的去除效率作为研究对象。此外，现有的用于处理饮用水源氨氮处理方法中，虽然氨氮能够快速的转换与亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，使水中氨氮浓度大大降低，但其转化成的亚硝酸盐氮才是人体健康的真正杀手，且硝酸盐会在胃和唾液中还原成亚硝酸盐，当人类摄入过量亚硝酸盐会诱发高铁血红蛋白症和胃癌，对人体健康造成危害，故仅氨氮浓度降低没有从根本上解决问题。生活饮用水具有有机物、氨氮浓度含低，水质要求高等特点，要想将生活饮用水源水中氨氮最终降解，还需对生物载体、接种生物源以及溶解氧控制等工艺进行改进，在生物滤池中实现高效同步硝化反硝化。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种除氮素生物过滤装置。

本发明的另一目的在于提供上述除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种除氮素生物过滤装置，包括上向流滤柱、进水槽、进水管、出水管和出水收集器，所述上向流滤柱内自下而上依次设有承托板和生物滤料层；所述上向流滤柱下端通过进水管与进水槽连接，所述进水管位于承托板的下方；所述上向流滤柱上端通过出水管与出水收集器连接，所述出水管位于生物滤料层上方；所述进水管连接有恒流泵。

优选的，所述生物滤料层通过以下制备方法得到：

（1）将粒径为2～5mm的天然沸石置于氯化钠溶液和盐酸的混合溶液中浸泡10～24h，然后用水冲洗若干次，再于150～250℃焙烧5～24h，即得到复合改性沸石；