一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统技术方案

本发明专利技术公开了属于水污染控制与治理技术领域的一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统。所述强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统，包括配水系统和渗滤床，所述配水系统将水导入渗滤床；所述渗滤床包括渗滤床主体以及设置在渗滤床主体内的自上而下依次设置的土壤覆盖层、布水层、强化除磷层、强化脱氮反应层、深度净化层、排水层；所述布水层分布设置有布水管，所述布水管在布水层均匀布水，所述布水管和配水系统相连。本发明专利技术的渗滤床系统，通过铁碳微电解化学还原及固体碳源强化生物脱氮两方面，并耦合铁碳以及高容量磷吸附材料除磷，达到同步高效脱氮及除磷的目的，具备无二次污染、防堵塞且高负荷、操作成本低的优势。

An Enhanced Denitrification Nitrogen and Phosphorus Removal Percolation Bed System

The invention discloses an enhanced denitrification nitrogen and phosphorus removal infiltration bed system belonging to the technical field of water pollution control and treatment. The enhanced denitrification and phosphorus removal infiltration bed system comprises a water distribution system and a leachate bed, which diverts water into the infiltration bed; the infiltration bed includes the main body of the infiltration bed and the soil cover layer, water distribution layer, enhanced phosphorus removal layer, enhanced denitrification reaction layer, deep purification layer and drainage layer arranged from top to bottom within the main body of the infiltration bed. A water distribution pipe is arranged, and the water distribution pipe uniformly distributes water in the water distribution layer, and the water distribution pipe is connected with the water distribution system. The infiltration bed system of the present invention achieves the purpose of simultaneous and efficient nitrogen and phosphorus removal by combining iron-carbon micro-electrolysis chemical reduction and solid carbon source enhanced biological nitrogen removal, coupled with iron-carbon and high capacity phosphorus adsorption material, and has the advantages of no secondary pollution, anti-clogging, high load and low operation cost.

【技术实现步骤摘要】
一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统
本专利技术属于水污染控制与治理
，具体涉及一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统。
技术介绍
氮磷污染是导致水体富营养化的重要原因，高效去除氮磷是许多污染水体治理面临的问题之一。渗滤床系统可以通过填料的吸附、截留以及微生物作用去除水中有机污染物、悬浮物和氮磷。生物脱氮是渗滤床系统去除污染水体中氮的有效方法，氮的生物去除包括硝化和反硝化过程，反硝化需要充足的有机碳源才能进行完全。但是许多污染的水体或城市污水碳氮比低，导致反硝化过程不彻底，氮的脱除效率较低。完全依赖生物作用脱氮存在局限性，尤其当水中C/N比较低时，需辅以其他形式的脱氮方法。目前的方法中，利用铁与碳间较大的电位差，构建铁碳微电解系统，阳极铁被氧化失去电子，阴极氢质子接受电子还原成H2，H2作为电子供体，而NO3-作为电子受体，可实现化学还原脱氮。但是铁碳微电解系统在还原硝态氮的过程中往往会产生一定量的氨氮，造成水体二次污染，这是需要解决的问题。补充有机碳源也是一种强化生物反硝化脱氮的措施。补充的碳源包括液体碳源，如甲醇、乙醇、乙酸等有机物，但液体碳源需要持续加入才能够达到强化反硝化的目的，另外控制加入量比较困难，过量加入会造成二次污染。为此，有的研究采用固体碳源，所述固体碳源包括天然材料和人工合成材料，天然材料如稻壳，玉米芯，麦秆，树皮、木屑等，人工合成材料如多聚物包括聚己内醇(PCL)，聚乳酸(PLA)，聚羟基脂肪酸酯(PHA)等。天然固体碳源由于释放速率有限，往往强化反硝化效果比较差。而开发负载型可控释放固体碳源并用于强化反硝化过程已经成为研究的热点。磷往往是与氮伴生的营养元素，磷的去除主要有生物除磷、化学除磷以及物理吸附法。利用富含铁、铝、镁、钙、镧、锆等元素的天然材料及人工合成材料，往往可以达到吸附除磷的目的。提高材料的磷吸附性能及容量，延长使用周期，是当前除磷材料研发面临的难题。铁碳微电解系统具有反硝化脱氮作用的同时，还可以通过内部微电解、氧化作用等被腐蚀，产生Fe2+、Fe3+以及它们的水解产物Fe(OH)2、Fe(OH)3，通过化学键合、卷扫、絮凝、沉淀等作用，产生除磷作用。但铁碳微电解除磷效果有限，尤其是当铁碳材料板结氧化后会丧失除磷功能。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种具有强化反硝化脱氮及除磷功能的渗滤床系统，通过铁碳微电解化学还原及固体碳源强化生物脱氮两方面，并耦合铁碳以及高容量磷吸附材料除磷，达到同步高效脱氮及除磷的目的。为此，本专利技术的技术方案如下：一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统，包括配水系统和渗滤床，所述配水系统将水导入渗滤床；所述渗滤床包括渗滤床主体以及设置在渗滤床主体内的自上而下依次设置的土壤覆盖层、布水层、强化除磷层、强化脱氮反应层、深度净化层和排水层；所述强化除磷层由沙砾、土壤、凹凸棒土颗粒和有机碳负载型类水滑石组成；所述强化脱氮反应层由海绵铁和颗粒碳组成；所述布水层分布设置有布水管，所述布水管在布水层均匀布水，所述布水管和配水系统相连。上述渗滤床系统中，所述土壤覆盖层由田园土构成，覆盖厚度为5-10cm；所述布水层厚度为5-10cm，由河砂和卵石构成。进一步的，上述渗滤床系统中，所述土壤覆盖层覆盖田园土，在土壤覆盖层种植适宜当地的植物，具体可选芦苇、美人蕉、香蒲、灯芯草等植物，既有景观功能，植物还可以通过吸收作用去除部分氮磷以及重金属等污染物。所述布水层中填埋布水管，河沙和卵石保护布水管，防止布水管堵塞。上述渗滤床系统中，所述强化除磷层中沙砾、土壤、凹凸棒土颗粒和有机碳负载型类水滑石的体积比分别为：20-30：20-30：20-30：10-20。上述渗滤床系统中，所述有机碳负载型类水滑石为有机碳负载型Mg-Al类水滑石。上述渗滤床系统中，所述有机碳负载型Mg-Al类水滑石的制备方法包括：将硝酸镁和硝酸铝溶于水中得到A液，将有机碳源和碱溶于水中得到B液；吹脱后，在氮气气氛下将A液和B液同时滴入水中，搅拌并保持pH在9-11，混合后于60-90℃老化10-24h，清洗、在50-70℃干燥12-36h得到。其中，所述硝酸镁可选择六水合硝酸镁，所述硝酸铝可选择九水合硝酸铝，所述硝酸镁和硝酸铝的质量比为3-5:1-3；所述有机碳源为淀粉、葡萄糖、乙酸钠中的一种或多种；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种；所述有机碳源和碱的质量比为4-10：3-12。具体的，所述有机碳负载型Mg-Al类水滑石的可以按以下方法制备：称取15-25g六水合硝酸镁和5-15g九水硝酸铝溶于100ml水中为A溶液，称取4-10g有机碳源，包括淀粉、葡萄糖、乙酸钠中的一种或几种，3-8g氢氧化钠溶于100ml水中为B溶液，各个溶液均用氮气吹脱30min。然后在氮气气氛下将AB同时缓慢滴入事先装有100ml去离子水的三口烧瓶中剧烈搅拌并保持pH在10左右。混合后于60-90℃老化10-24h。用去离子水洗沉淀三次。在50-70℃干燥12-36h。上述渗滤床系统中，所述强化脱氮反应层中还包括脱氮微生物，所述脱氮微生物负载于海绵铁和颗粒碳上；海绵铁与颗粒碳的填充量的体积比为1：1-2，所述海绵铁的粒径为0.5-2cm，所述颗粒碳粒径为0.5-2cm。所述脱氮微生物包括硝化细菌和反硝化菌。负载脱氮微生物的方法可以通过接种活性污泥的方法进行；例如，在填充海绵铁和颗粒碳后，接种活性污泥，经过沉淀和培养将硝化及反硝化菌附着在海绵铁及颗粒碳上。上述渗滤床系统中，所述强化除磷层厚度为20-40cm，所述强化脱氮反应层厚度为20-40cm。上述渗滤床系统中，所述深度净化层厚度为15-30cm，所述深度净化层由沸石和碎砖组成，沸石和碎砖填充体积比为1:1-5，其中所述沸石粒径为1-2cm,所述碎砖粒径为1-2cm。上述渗滤床系统中，所述排水层厚度为5-10cm，由砂砾或卵石组成，所述卵石的粒径为2-4cm；在所述排水层设置集水管和出水口，所述集水管和出水口相连。上述渗滤床系统中，所述砂砾为过10-20目筛的砂砾。上述渗滤床系统中，所述配水系统包括蓄水池、进水管设置在进水泵，进水泵通过进水管将蓄水池中的水导入渗透床中。本专利技术的优点和有益效果：1.本专利技术的强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统中，强化除磷层由砂砾、土壤、高效除磷材料凹凸棒土颗粒和有机碳负载型类水滑石按一定的比例组成；具有较高的除磷效果，对磷酸盐具有较高的吸附容量，强化除磷，延长填料的使用周期，提高处理负荷。2.本专利技术的强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统中，与强化除磷层配合使用的强化脱氮反应层由海绵铁，颗粒碳及其上负载的脱氮微生物构成，海绵铁和颗粒碳构成铁碳微电解系统，可还原脱氮。由强化除磷层中的有机碳负载型Mg-Al类水滑石缓释的有机碳源可作为反硝化的补充碳源，克服水体中低碳氮比的局限性，强化渗滤床系统脱氮。海绵铁因腐蚀产生的Fe2+可被铁自养反硝化菌利用，实现反硝化脱氮。海绵铁和颗粒碳混合能较好解决堵塞通路的问题。附图说明图1是本专利技术的强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统结构示意图；其中附图标记为：1-蓄水池，2-进水泵，3-渗滤床主体，4-植被，5-土壤覆盖层，6-布水层，7-布水管，8-强化除磷层，9-强化脱氮反应层，10-深度净化层，11-排水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统，包括配水系统和渗滤床，其特征在于，所述配水系统将水导入渗滤床；所述渗滤床包括渗滤床主体以及设置在渗滤床主体内的自上而下依次设置的土壤覆盖层、布水层、强化除磷层、强化脱氮反应层、深度净化层和排水层；所述强化除磷层由沙砾、土壤、凹凸棒土颗粒和有机碳负载型类水滑石组成；所述强化脱氮反应层由海绵铁和颗粒碳组成；所述布水层分布设置有布水管，所述布水管在布水层均匀布水，所述布水管和配水系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种强化反硝化脱氮除磷渗滤床系统，包括配水系统和渗滤床，其特征在于，所述配水系统将水导入渗滤床；所述渗滤床包括渗滤床主体以及设置在渗滤床主体内的自上而下依次设置的土壤覆盖层、布水层、强化除磷层、强化脱氮反应层、深度净化层和排水层；所述强化除磷层由沙砾、土壤、凹凸棒土颗粒和有机碳负载型类水滑石组成；所述强化脱氮反应层由海绵铁和颗粒碳组成；所述布水层分布设置有布水管，所述布水管在布水层均匀布水，所述布水管和配水系统相连。2.根据权利要求1所述的渗滤床系统，其特征在于，所述土壤覆盖层由田园土构成，覆盖厚度为5-10cm；所述布水层厚度为5-10cm，由河砂和卵石构成。3.根据权利要求1所述的渗滤床系统，其特征在于，所述强化除磷层中沙砾、土壤、凹凸棒土颗粒和有机碳负载型类水滑石的体积比为：20-30：20-30：20-30：10-20。4.根据权利要求3所述的渗滤床系统，其特征在于，所述有机碳负载型类水滑石为有机碳负载型Mg-Al类水滑石。5.根据权利要求4所述的渗滤床系统，其特征在于，所述有机碳负载型Mg-Al类水滑石的制备方法包括：将硝酸镁和硝酸铝溶于水中得到A液，将有机碳源和碱溶于水中得到B液；吹脱后，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：全向春，陈亮，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11