[发明专利]一种生物反硝化去除水中含氮物质的装置

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种新型强化生物反硝化去除水中含氮物质的装置。

背景技术

近年来水处理领域氮的污染已成为社会热点之一。一方面，城市污水厂处理出水中的总氮含量过高(其中硝酸盐氮占主体)影响了出水的整体水质，另一方面中国相当部分地区地下水中硝酸盐含量过高，超过了现行生活饮用水卫生标准(G5749-2006)的限值要求，从而影响了饮用水的水质安全。因此，水中氮的去除成为水处理领域关注的重点问题之一。如何经济、高效、安全地从水中去除硝酸盐氮对于确保居民饮水安全以及水环境健康均具有重要的意义。

目前针对水中硝酸盐去除的主要方法包括：化学还原、反渗透、电渗析、离子交换、生物反硝化(包括自养和异养反硝化)等方法。化学还原法主要是利用还原剂将硝酸盐氮还原，根据采用的不同还原剂可以分为活泼金属还原法和催化还原法；前者是以铁、铝、锌等金属单质为还原剂，处理效果较差，且会有亚硝酸盐生成，后者以氢气以及甲酸、甲醇等为还原剂，一般都必须有催化剂存在才能使反应进行，成本较高，且氢气应用过程中存在保障危险；反渗透、电渗析、离子交换等方法虽然可以有效去除水中的硝酸盐，但成本较高，同时会产生大量废水，因此在实际工程中应用较少。而生物反硝化以其处理成本低受到广泛关注，但该方法在污水深度处理和地下水处理中受到碳源的限制而去除效果不理想，通常需要通过外加碳源或通过供给氢气来改善硝酸盐的去除效果，诸如投加甲醇、乙酸、葡萄糖等有机碳源或者通过电解产生的氢来强化活性炭上生物的反硝化作用；总之，异养及自养生物反硝化是目前在实际工程中控制含氮物质的最重要方法，如何通过工艺优化来降低有机碳源的投加量、确保出水水质是目前研究的重点。

因此，针对目前水处理中硝酸盐的去除技术状况，亟需研发一种新型的强化生物反硝化装置，在确保硝酸盐及总氮去除效果的同时，有效降低其运行维护费用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种高效、安全的强化生物反硝化去除水中含氮物质的装置。

技术方案：本发明提供的一种生物反硝化去除水中含氮物质的装置，由一组生物反硝化反应器串联而成；所述生物反硝化反应器底部设有进水管(1)，侧壁上部设有出水口(2)，内部设有搅拌装置(3)；所述生物反硝化反应器内设有填充复合滤料的滤料层(4)，所述复合滤料由体积比(2-6)：(2-3)：1的铁粉、活性炭和磁铁粉混合而成。

作为改进，所述铁粉的粒径为0.01-0.05mm，所述活性炭的粒径为0.1-0.5mm、所述磁铁粉的粒径为0.05-0.1mm。

作为另一种改进，所述滤料层(4)的厚度为1.2-2.0m之间。

作为另一种改进，所述进水管(1)为圆弧形进水斗，其上部设置有滤板(5)；滤料层(4)底部设有长柄滤帽(6)。

作为另一种改进，所述出水口(2)上设有滤网或滤布，其孔径为50-100目，过水流速为0.05-0.2m/s。

作为另一种改进所述搅拌装置(3)为圆柱体，包括一组网状结构的桨片(7)，桨片(7)的垂直边互相连接形成圆柱体的轴；桨片的网格尺寸为(10-30)cm×(10-30)cm，其厚度在0.5cm以下。

有益效果：本发明提供的生物反硝化去除水中含氮物质的装置结构紧凑、使用方便、运行灵活、适用范围广，主要依靠微生物的反硝化过程，可较好的满足目前针对含氮物质特别是硝酸盐的去除要求，同时也能够去除氨氮等物质，具有较好的推广应用前景。

具体而言，本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势：

(1)本发明通过设置机械搅拌装置，并针对搅拌装置的浆片形式进行优化，通过浆片转动达到既能保持滤层整体稳定，又能促使复合滤层组分颗粒在各自的位置附近振动的目的，并避免了通常铁碳内电解会出现的板结问题。

(2)该装置通过将铁粉、颗粒活性炭、磁粉均匀混合在一起，并通过物质粒径的优化，使其可以稳定的存在于系统中，并发挥协同去除作用：其工作原理包括了活性炭颗粒上的生物反硝化过程、铁粉的直接还原作用、铁粉与活性炭之间所形成的微电池的微电解作用对硝酸盐的直接去除，还包括通过对水中有机物分子结构的改变而对异养生物反硝化过程的强化。此外，通过磁铁粉的加入，可通过磁场的作用来强化零价铁还原作用及铁碳内电解作用，改善处理效果、降低运行成本。同时，搅拌装置的搅拌作用促使磁铁粉位置的微小变动，通过电磁感应原理来形成微弱电流，并在活性炭表面生成少量氢来促进自养生物反硝化过程的进行，强化硝酸盐去除效果。