專利名稱：受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種受污染地下水深度凈化處理技術(shù)，特別是涉及采用曝氣生物流化池-人工濕地組合工藝治理受垃圾滲濾液污染地下水。
背景技術(shù)：
隨著城市的飛速發(fā)展，垃圾滲濾液地下水污染問題不斷加劇。例如北京市14個(gè)區(qū)縣共有垃圾場1005座，收納垃圾4674萬噸。其中，未做嚴(yán)格防滲的非正規(guī)垃圾量為3233萬噸，占69. 2%，垃圾滲濾液成為北京市淺層地下水的主要污染源之一。對已污染的地下水，歐美等發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)70年代以來開發(fā)了許多污染治理技術(shù)，如滲透反應(yīng)格柵技術(shù)、原位生物修復(fù)技術(shù)、水力隔離技術(shù)、化學(xué)處理、固化技術(shù)和真空抽提等。 生物流化池是采用生物酶與載體的固定化技術(shù)對污染水體進(jìn)行處理凈化的工藝。微生物載體是一種具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子合成材料，這種材料帶有氨基、羧基、環(huán)氧基等活性基團(tuán)，在污水中具有良好的穩(wěn)定性和物化性能，其空隙率為96%以上，由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可使污水、空氣和生物膜得到充分摻混接觸交換，生物膜不僅能大量地在微生物載體內(nèi)坐床，保持良好的活性和空隙可變性，而且在運(yùn)行過程中氣體在三維流動的污水帶動下，互相碰撞并被處于蠕動狀態(tài)的微生物載體不斷切割成更小的氣泡，增加了氧的利用率，可減小曝氣量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。微生物以生物膜的形式大量固定在填料表面，同時(shí)部分微生物在顆粒間的空隙中形成污泥粒子，從而獲得高濃度微生物量，并保證有機(jī)質(zhì)均勻分布在介質(zhì)中，從而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳傳質(zhì)，理想地解決了系統(tǒng)與微生物充分接觸的難題。采用了高比表面積的粒狀填料作為生物載體，并使用有針對性的高效復(fù)合微生物菌種實(shí)施掛膜，實(shí)現(xiàn)所需菌種成為優(yōu)勢菌群的目的，顯著提高了對目標(biāo)污染物的去除效果；對污水中的氨氮、TN有較好的去除效果O人工濕地系統(tǒng)對氮的凈化去除主要由植物、基質(zhì)以及微生物等通過物理、化學(xué)和生物多種途徑共同完成，其中以濕地微生物的去除作用為主。微生物脫氮分兩步進(jìn)行，第一步氨氮氧化成硝態(tài)氮，即硝化作用，硝化作用是好氧過程，主要由亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌在好樣條件下完成。第二步使硝態(tài)氮還原成氮?dú)?，即反硝化作用，反硝化過程是由反硝化細(xì)菌在缺氧條件下來完成，由于垃圾滲濾液污染原水中的氨氮濃度高達(dá)幾十甚至上百mg/L，而滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到O. 5mg/L,依靠單項(xiàng)生物/物化處理工藝在受污染地下水的應(yīng)用中，對有機(jī)污染物和總氮處理效果不理想，同時(shí)也存在運(yùn)行費(fèi)用過高、工藝復(fù)雜等方面的不足，因此亟需研發(fā)針對授垃圾滲濾液污染地下水水質(zhì)特點(diǎn)的凈化裝置及工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有單項(xiàng)生物法/物化法工藝在處理重度污染地下水凈化技術(shù)上的不足，針對受垃圾滲濾液污染地下水中有機(jī)物和氨氮含量高的水質(zhì)特點(diǎn)，提供一種包括曝氣生物流化池-人工濕地組合系統(tǒng)的受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)及工藝方法，從而保證氨氮、硝酸鹽的高效去除。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下技術(shù)方案一種受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)，包括依次連接的曝氣生物流化池、一級潛流濕地和二級潛流濕地。如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述曝氣生物流化池底部設(shè)置微孔曝氣系統(tǒng)，池內(nèi)填充比重為O. 8g/cm3 O. 95g/cm3的多孔高分子填料作為微生物載體，填料高度為O. 5m
2.5mο 如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述多孔高分子填料為聚胺酯海綿。如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述一級潛流濕地和二級潛流濕地均由濕地墻體、防滲層、濕地介質(zhì)層、保溫種植層和濕地植物構(gòu)成；其中，該保溫種植層、濕地介質(zhì)層和防滲層是由上至下層疊設(shè)置；該保溫種植層是由草炭與粗河砂組成的混合物，兩者的配比為O. 5 I : I ;混合物裝填厚度為150mm 250mm，保溫種植層上種植濕地植物；該濕地介質(zhì)材料選自直徑為5mm 120mm的石灰石、碌石、蛭石、火山巖和/或陶粒，裝填厚度為800mm 1400mm ；該一級潛流濕地和二級潛流濕地外周分別設(shè)置濕地墻體；該一級潛流濕地的一側(cè)墻體底部設(shè)置進(jìn)水口，與之相對的另一側(cè)墻體上部設(shè)置出水口 ；該二級潛流濕地的一側(cè)墻體底部設(shè)置進(jìn)水口，與之相對的另一側(cè)墻體上部設(shè)置出水口 ；該一級潛流濕地的進(jìn)水口與所述曝氣生物流化池出水口相連接，該一級潛流濕地的出水口與該二級潛流濕地的進(jìn)水口相連接。如上所述的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述一級潛流濕地和二級潛流濕地中間設(shè)置配水渠，一級潛流濕地的出水口通過溢流管連接配水渠，配水渠底部設(shè)置連通管與二級潛流濕地的進(jìn)水口連接。另一方面，本發(fā)明還包括應(yīng)用如上所述的系統(tǒng)凈化受污染地下水的方法，該方法包括如下步驟a.由提升泵提升污染地下水至曝氣生物流化池，有效水深1m 5m ;微孔曝氣系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，曝氣量氣水比>3 I ;在填料表面硝化微生物的作用下污染水中的氨氮在曝氣過程中直接氧化為硝態(tài)氮，水力停留時(shí)間1. 5 2. 5h ;容積負(fù)荷0. 5kgTN/(m3*d) I.OkgTN/ (m3 · d)；b.曝氣生物流化池的出水進(jìn)入一級潛流濕地，利用曝氣生物流化池出水中攜帶的大量溶解氧，濕地介質(zhì)層中的好氧微生物在好氧條件下將剩余的氨氮進(jìn)一步氧化為硝態(tài)氮，同時(shí)通過濕地植物的吸收作用能夠吸收、降解部分氨氮和硝態(tài)氮；水力停留時(shí)間24h 48h ;表面負(fù)荷0. 2m3/ (m2 ·(!) ()· 5m3/ (m3 · d)； c. 一級潛流濕地的出水溶解氧濃度明顯降低，進(jìn)入二級潛流濕地后在厭氧條件下完成反硝化作用，硝態(tài)氮還原成氮?dú)?，同時(shí)通過濕地植物的吸收作用繼續(xù)吸收降解部分殘留的氨氮和硝態(tài)氮；水力停留時(shí)間24h 48h ;表面負(fù)荷0. 2m3/(m2 ·d) O. 5m3/(m3 ·d)。本發(fā)明的有益效果在于針對受垃圾滲濾液污染地下水的成分特點(diǎn)，本發(fā)明將具有不同功能的污水處理技術(shù)合理結(jié)合形成高效凈化組合脫氮系統(tǒng)和工藝流程。其中，曝氣生物流化池將污染水中的大部分氨氮在曝氣過程中直接氧化為硝態(tài)氮，將氨氮濃度降低到5mg/L左右。隨后，一級潛流濕地在好氧條件下將剩余的氨氮進(jìn)一步氧化為硝態(tài)氮。一級潛流濕地的好氧環(huán)境主要來源于曝氣生物流化池出水中所攜帶的溶解氧(5mg/L以上)。通過控制曝氣生物流化池的曝氣強(qiáng)度和一級潛流濕地的水力停留時(shí)間使一級潛流濕地的出水溶解氧濃度降低至O. 5mg/L以下，從而保證二級潛流濕地的厭氧環(huán)境。二級潛流濕地在厭氧條件下完成反硝化作用，硝態(tài)氮還原成氮?dú)?。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法凈化的污水，氨氮的去除率達(dá)98%以上，氨氮出水濃度小于O. 5mg/L，硝酸鹽出水濃度小于10mg/L，污染的地下水通過處理后氨氮和硝酸鹽濃度完全滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。


圖I為本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)及流程圖。圖2為本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)如圖I和圖2所示，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，受污染地下水深度凈化組合系統(tǒng)主要包括依次連接的曝氣生物流化池I、一級潛流濕地2和二級潛流濕地3。曝氣生物流化池I為磚混結(jié)構(gòu)，規(guī)格為12mX I. OmX I. 5m(長X寬X深)。曝氣生物流化池底部設(shè)置微孔曝氣系統(tǒng)。池內(nèi)填充比重為O. 8g/cm3 O. 95g/cm3的多孔高分子填料作為微生物載體。本系統(tǒng)可使用常規(guī)用于曝氣生物流化池的微生物載體材料，只要其是具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子材料，且結(jié)構(gòu)中帶有氨基、羧基、環(huán)氧基等活性基團(tuán)。本實(shí)施例中的多孔高分子填料為聚胺酯海綿填料。填料高度為I. Om0可采用常規(guī)生物馴化方法對填料進(jìn)行微生物的掛膜，本實(shí)施例中采用向曝氣生物流化池中投加復(fù)合微生物菌種(購自蘭州捷暉生物環(huán)境工程有限公司)并進(jìn)行悶曝的方式實(shí)現(xiàn)。曝氣生物流化池I采用了微孔曝氣系統(tǒng)，曝氣均勻，取消了常規(guī)曝氣生物流化池上部的保護(hù)區(qū)(O. 5m O. 7m)。出水進(jìn)入人工濕地深度處理，僅在出水口設(shè)置載體攔截網(wǎng)，取消了集泥區(qū)(O. 5m O. Sm)，從而使池體有效高度增加I. Om I. 5m，降低了曝氣生物流化池的土建投資。一級潛流濕地2和二級潛流濕地3由上至下依次層疊設(shè)置保溫種植層21、濕地介質(zhì)層22、回填土層23和防滲層24。保溫種植層21是由草炭與粗河砂組成的混合物，兩者的重量比為I : 1，裝填厚度為200mm，保溫種植層上種植濕地植物27。一級潛流濕地2可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混或土池防滲結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中為磚混結(jié)構(gòu)，規(guī)格為22mX12mX1.2m(長X寬X深)，濕地介質(zhì)層22的填料為陶粒和石灰石重量比為I : I的混合物，裝填厚度為900mm 1000mm。二級潛流濕地3可以是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混或土池防滲結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中為磚混結(jié)構(gòu)，規(guī)格為25mX12mXl. 2m(長X寬X深)，濕地介質(zhì)層22的填料為陶粒和火山巖重量比為I : I的混合物，裝填厚度為900mm 1000mm。一級潛流濕地2的一側(cè)墻體底部設(shè)置進(jìn)水口 25，與之相對的另一側(cè)墻體上部設(shè)置出水口 26。二級潛流濕地3的一側(cè)墻體底部設(shè)置進(jìn)水口 35，與之相對的另一側(cè)墻體上部設(shè)置出水口 36。一級潛流濕地的進(jìn)水口 25與曝氣生物流化池出水口 11相連接。一級潛流濕地和二級潛流濕地中間設(shè)置配水渠4，一級潛流濕地的出水口 26通過溢流管41連接配水渠4，配水渠底部設(shè)置連通管42與二級潛流濕地進(jìn)水口 35連接。 實(shí)施例2受污染地下水凈化試驗(yàn)受污染水源為北京地區(qū)某垃圾填埋場附近的地下水，原水氨氮濃度為21. 5mg/L 30. 5mg/L，應(yīng)用實(shí)施例I所述系統(tǒng)處理污水，由提升泵提升污染地下水送至曝氣生物流化池，水力停留時(shí)間為2.處，容積負(fù)荷為0.51^了~(1113*(1)，氣水比為5 1，處理后氨氮濃度降低至4. 2mg/L 5. 5mg/Lo其后，污水由曝氣生物流化池出水口進(jìn)入一級潛流濕地，水力停留時(shí)間為25h，表面負(fù)荷為O. 45m3/ (m3 · d),處理后氨氮濃度降低至為O. 5mg/L I. 2mg/L。
經(jīng)一級潛流濕地處理后的污水進(jìn)入二級潛流濕地，水力停留時(shí)間為29h，表面負(fù)荷為O. 4m3/ (m3 · d),處理后氨氮濃度降低至為O. 2mg/L O. 4mg/L。經(jīng)上述步驟處理的地下水，氨氮的去除率為99%，硝酸鹽出水濃度為4. 9mg/L
8.6mg/L,滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種受污染地下水深度凈化組合脫氮系統(tǒng)，其特征在于，其包括依次連接的曝氣生物流化池、一級潛流濕地和二級潛流濕地。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述曝氣生物流化池底部設(shè)置微孔曝氣系統(tǒng)，池內(nèi)填充比重為O. 8g/cm3 O. 95g/cm3的多孔高分子填料作為微生物載體，填料高度為0.5m 2. 5m。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔高分子填料為聚胺酯海綿。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一級潛流濕地和二級潛流濕地均由濕地墻體、防滲層、濕地介質(zhì)層、保溫種植層和濕地植物構(gòu)成； 其中，該保溫種植層、濕地介質(zhì)層和防滲層是由上至下層疊設(shè)置； 該保溫種植層是由草炭與粗河砂組成的混合物，兩者的配比為O. 5 I : I;混合物裝填厚度為150mm 250mm，保溫種植層上種植濕地植物； 該濕地介質(zhì)材料選自直徑為5mm 120mm的石灰石、碌石、蛭石、火山巖和/或陶粒,裝填厚度為800_ 1400mm ； 該一級潛流濕地和二級潛流濕地外周分別設(shè)置濕地墻體；該一級潛流濕地的一側(cè)墻體底部設(shè)置進(jìn)水口，與之相對的另一側(cè)墻體上部設(shè)置出水口 ；該二級潛流濕地的一側(cè)墻體底部設(shè)置進(jìn)水口，與之相對的另一側(cè)墻體上部設(shè)置出水口 ；該一級潛流濕地的進(jìn)水口與所述曝氣生物流化池出水口相連接，該一級潛流濕地的出水口與該二級潛流濕地的進(jìn)水口相連接。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一級潛流濕地和二級潛流濕地中間設(shè)置配水渠，一級潛流濕地的出水口通過溢流管連接配水渠，配水渠底部設(shè)置連通管與二級潛流濕地的進(jìn)水口連接。
6.應(yīng)用如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)凈化受污染地下水的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 a.由提升泵提升污染地下水至曝氣生物流化池，有效水深1m 5m;微孔曝氣系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，曝氣量氣水比>3 I ;在填料表面硝化微生物的作用下污染水中的氨氮在曝氣過程中直接氧化為硝態(tài)氮，水力停留時(shí)間1. 5 2. 5h ;容積負(fù)荷0. 5kgTN/(m3 · d) .1.OkgTN/ (m3 · d)； b.曝氣生物流化池的出水進(jìn)入一級潛流濕地，利用曝氣生物流化池出水中攜帶的大量溶解氧，濕地介質(zhì)層中的好氧微生物在好氧條件下將剩余的氨氮進(jìn)一步氧化為硝態(tài)氮，同時(shí)通過濕地植物的吸收作用能夠吸收、降解部分氨氮和硝態(tài)氮；水力停留時(shí)間24h 48h ；表面負(fù)荷0. 2m3/ (m2 · d) O. 5m3/ (m3 · d)； c.一級潛流濕地的出水溶解氧濃度明顯降低，進(jìn)入二級潛流濕地后在厭氧條件下完成反硝化作用，硝態(tài)氮還原成氮?dú)猓瑫r(shí)通過濕地植物的吸收作用繼續(xù)吸收降解部分殘留的氨氮和硝態(tài)氮；水力停留時(shí)間24h 48h ;表面負(fù)荷0. 2m3/(m2 · d) O. 5m3/(m3 · d)。
全文摘要
一種受污染地下水深度凈化組合系統(tǒng)，包括依次連接的曝氣生物流化池、一級潛流濕地和二級潛流濕地。以及應(yīng)用該系統(tǒng)凈化水質(zhì)的方法由提升泵提升污染地下水至曝氣生物流化池，在硝化微生物的作用下污染水中的大部分氨氮在曝氣過程中直接氧化為硝態(tài)氮；污水進(jìn)入一級潛流濕地，在好氧條件下剩余的氨氮進(jìn)一步氧化為硝態(tài)氮；隨后，污水進(jìn)入二級潛流濕地，在厭氧條件下完成反硝化作用，硝態(tài)氮還原成氮?dú)?。該系統(tǒng)針對受垃圾滲濾液污染地下水中有機(jī)物和氨氮含量高的水質(zhì)特點(diǎn)，將曝氣生物流化池-人工濕地技術(shù)相結(jié)合，凈化后氨氮的去除率達(dá)99％以上，硝酸鹽出水濃度小于5mg/L，污染的地下水通過處理后其氨氮和硝酸鹽濃度完全滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號C02F3/08GK102775005SQ20121017898
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者劉培斌, 夏廣卿, 張琦偉, 沈來新, 王國青, 許志剛, 魏文俠 申請人:北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 輕工業(yè)環(huán)境保護(hù)研究所