本发明公开了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。所述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。本发明的除氮素生物过滤装置在氨氮的降解过程中无需曝气,即可实现同步硝化与反硝化,使氨氮最终转化为氮气,在大大节约能源的同时,保证了氨氮出水水质指标达标,总氮也得到很好去除。
1.一种除氮素生物过滤装置,其特征在于,包括上向流滤柱、进水槽、进水管、出水管出水收集器,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;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混合溶液中浸泡24h,然后用水冲洗若干次,再于200°C焙烧8h,得到复合改性沸石;(2)将步骤(1)得到的复合改性沸石冷却至室温后置于滤柱内,得到改性沸石滤柱,然后将组合菌接种至改性沸石滤柱,静态培养5天,得到所述生物滤料层;步骤(1)中所述天然沸石、氯化钠溶液中的氯化钠和盐酸的质量比为20:4:2~20:2:1;步骤(2)中所述组合菌与复合改性沸石的质量比为1:1000~1:3000;所述的组合菌为氨氮化细菌、硝化细菌和反硝化细菌。
2.根据权利要求1所述的除氮素生物过滤装置,其特征在于,步骤(1)中所述氯化钠溶液的浓度为1~3mol/L,盐酸的浓度为
0.5~1.5mol/L。
3.根据权利要求2所述的除氮素生物过滤装置,其特征在于,步骤(1)中所述氯化钠溶液的浓度为2mol/L,盐酸的浓度为0.5mol/L。
4.权利要求1~3任一项所述的除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,其特征在于,包括以下步骤:(1)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为0.5~
1.0m³/(m²·h);(2)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述微污染水源水是指氨氮浓度为2~8mg/L,亚硝态氮浓度为0~0.2mg/L,硝态氮浓度为0.5~2.5mg/L的饮用水源水。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°C焙烧5~24h,即得到复合改性沸石;(2)将步骤(1)得到的复合改性沸石冷却至室温后置于滤柱内,得到改性沸石滤柱,然后将组合菌接种至改性沸石滤柱,静态培养5~10天,得到所述生物滤料层。更优选的,步骤(1)中所述的浸泡时间为24h;所述焙烧温度为200°C,焙烧时间为8h。更优选的,步骤(1)中所述天然沸石、氯化钠溶液中的氯化钠和盐酸的质量比为20:4:2~20:2:1。更优选的,步骤(1)中所述氯化钠溶液的浓度为1~3mol/L,盐酸的浓度为0.5~1.5mol/L。最优选的,步骤(1)中所述氯化钠溶液的浓度为2mol/L,盐酸的浓度为0.5mol/L。更优选的,步骤(2)中所述组合菌与复合改性沸石的质量比为1:1000~1:3000;所述的静态培养时间为5天。更优选的,步骤(2)中所述的组合菌为氨氮化细菌、硝化细菌和反硝化细菌。上述除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(1)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为0.5~1.0m³/(m²·h);(2)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。优选的,所述微污染水源水是指氨氮浓度为2~8mg/L,亚硝态氮浓度为0~0.2mg/L,硝态氮浓度为0.5~2.5mg/L的饮用水源水。本发明的原理是:本发明将天然沸石用氯化钠和盐酸混合溶液进行浸泡后焙烧改性,利用盐酸和氯化钠混合溶液将沸石孔道中的一些杂质溶解,使得沸石孔穴和孔道得以疏通,同时利用氯化钠中的钠离子将沸石中的钙、镁等金属离子置换出来,拓宽沸石的孔道;最后通过焙烧除去沸石孔穴和孔道中的水分子等杂质,使孔道畅通。本发明将组合菌作为生物源直接接种至改性沸石(滤料)滤池是为了减少组合菌与水体中其他微生物对有机物的竞争,增加组合菌在滤池中的细胞密度,实现对氮素的快速降解。本发明在生物滤池运行过程中,不需要进行曝气,将微污染水源水中的各类氮素通过组合菌的同步硝化与反硝化,最终快速转化为氮气,使氮素问题真正得到解决。与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:(1)本发明中天然沸石经复合改性后,比表面积和孔径均增大(天然沸石比表面积和孔径分别为21.25m²/g、2.1nm,复合改性沸石为33.53m²/g、3.6nm),不仅能为微生物提供更多的附载面积,且大大提高了其对氨氮的吸附容量和吸附速率,使其能快速地将水中微量的氨氮和有机物富集至复合改性沸石生物载体上作为细菌营养物质被细菌降解。(2)本发明除氮素生物过滤装置用纯组合菌作为生物源接种,能短时间内在改性沸石表面形成高密度的硝化菌群生物膜;操作与管理便捷,在不引入有害微生物的同时,增加了硝化菌和反硝化菌的细菌密度,不仅保障了出水生物安全性,且提高了生物降解水中氮化合物的能力和速率。(3)本发明除氮素生物过滤装置中的复合改性沸石能通过快速富集氨氮和有机物,提高了硝化菌群代谢所需营养物质浓度,缩短了生物挂膜时间,提高了硝化和反硝化速率,短时间内实现高效同步硝化反硝化。(4)本发明的除氮素生物过滤装置,在氨氮的降解过程中无需曝气,即可实现同步硝化与反硝化,使氨氮最终转化为氮气,在大大节约能源的同时,保证了氨氮出水水质指标达标,总氮也得到很好去除。与曝气生物滤池相比,不仅大大节约了能源,而且显著提高了水中总氮的去除效果,提高了饮用水的水质、保障了人体健康。
附图说明
图1为本发明除氮素生物过滤装置工艺图。图2为对比例4曝气生物滤池工艺图。图3为天然沸石的SEM图。图4为实施例1制备的复合改性沸石的SEM图。图5为实施例1制备的复合改性沸石生物滤料的SEM图。图6为天然沸石和实施例1制备的复合改性沸石的XRD图。图7为天然沸石和实施例1制备的复合改性沸石的静态吸附曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。实施例1一种除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)除氮素生物过滤装置一种除氮素生物过滤装置,如图1所示,包括上向流滤柱8、进水槽1、进水管3、出水管6和出水收集器7,所述上向流滤柱8内自下而上依次设有承托板4和生物滤料层5;所述上向流滤柱8下端通过进水管3与进水槽1连接,所述进水管3位于承托板4的下方;所述上向流滤柱8上端通过出水管6与出水收集器7连接,所述出水管6位于生物滤料层5上方;所述进水管3连接有恒流泵2。其中,所述生物滤料层5通过以下制备方法得到:(1)取1质量份天然沸石,用水冲洗数次,去除可溶性杂质,然后置于1质量份2mol/L的氯化钠溶液和1质量份0.5mol/L的盐酸混合溶液中,浸泡24h,天然沸石、氯化钠溶液中的氯化钠和盐酸的质量比为20:4:2;然后用水冲洗数次,再置于马弗炉内在200°C焙烧8h,得到复合改性沸石1;将1质量份复合改性沸石1置于含10mg/L氨氮的微污染水源水中,进行静态摇床吸附试验,温度25°C,转速120r/min,24h后取上清液测定氨氮浓度,结果如表1所示;(2)将1质量份步骤(1)得到的复合改性沸石1置于滤柱中,得到改性沸石滤柱,然后将组合菌接种至改性沸石滤柱,静态培养5天,得到所述生物滤料层5;所述组合菌与复合改性沸石的质量比为1:1000;所述的组合菌为氨氮化细菌、硝化细菌和反硝化细菌。(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵2、进水管3和出水管6,进水槽1中的微污染水源水通过进水管3进入上向流滤柱8;通过恒流泵2调节进水流量为0.5m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为6mg/L;(b)微污染水源水经过承托板4和生物滤料层5,生物滤料层5与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管6进入出水收集器7。本实施例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表2所示。实施例2一种除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)除氮素生物过滤装置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。其中,所述生物滤料层通过以下制备方法得到:(1)取1质量份天然沸石,用水冲洗数次,去除可溶性杂质,然后置于1质量份2mol/L的氯化钠溶液和1质量份0.5mol/L的盐酸混合溶液中,浸泡24h,天然沸石、氯化钠溶液中的氯化钠和盐酸的质量比为20:2:1。然后用水冲洗数次,再置于马弗炉内在200°C焙烧8h,得到复合改性沸石2。将1质量份复合改性沸石2置于含10mg/L氨氮的微污染水源水中,进行静态摇床吸附试验,温度25°C,转速120r/min,24h后取上清液测定氨氮浓度,结果如表1所示;(2)将1质量份步骤(1)得到的复合改性沸石2置于滤柱中,得到改性沸石滤柱,然后将组合菌接种至改性沸石滤柱,静态培养5天,得到所述生物滤料层;所述组合菌与复合改性沸石的质量比为1:3000;所述的组合菌为氨氮化细菌、硝化细菌和反硝化细菌。(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为1.0m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为6mg/L;(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本实施例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表2所示。按本实施例的工艺运行5天后进出水氨氮、亚硝态氮、硝态氮的变化如表3所示。实施例3一种除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)除氮素生物过滤装置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。其中,所述生物滤料层的制备方法同实施例1;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为1.0m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为2mg/L;(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本实施例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表4所示。实施例4一种除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)除氮素生物过滤装置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。其中,所述生物滤料层的制备方法同实施例1;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为1.0m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为5mg/L;(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本实施例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表4所示。实施例5一种除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)除氮素生物过滤装置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。其中,所述生物滤料层的制备方法同实施例1;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为1.0m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为8mg/L;(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本实施例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表4所示。对比例1取1质量份的天然沸石置于含10mg/L氨氮的微污染水源水中,进行静态摇床吸附试验,温度25°C,转速120r/min,24h后取上清液测定氨氮浓度,结果如表1所示。对比例2制备氯化钠改性沸石:取1质量份天然沸石,用水冲洗数次,去除可溶性杂质,然后置于1质量份2mol/L的氯化钠溶液中,浸泡24h,然后用水冲洗数次,再置于马弗炉内在200°C焙烧8h,得到氯化钠改性沸石。将1质量份氯化钠改性沸石置于含10mg/L氨氮的微污染水源水中,进行静态摇床吸附试验,温度25°C,转速120r/min,24h后取上清液测定氨氮浓度,结果如表1所示。对比例3制备盐酸改性沸石:取3质量份天然沸石,用水冲洗数次,去除可溶性杂质,然后置于1质量份0.5mol/L的盐酸中,浸泡24h,然后用水冲洗数次,再置于马弗炉内在200°C焙烧8h,得到盐酸改性沸石。将1质量份盐酸改性沸石置于含10mg/L氨氮的微污染水源水中,进行静态摇床吸附试验,温度25°C,转速120r/min,24h后取上清液测定氨氮浓度,结果如表1所示。对比例4一种复合改性沸石曝气生物滤池在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)复合改性沸石曝气生物滤池复合改性沸石曝气生物滤池,如图2所示,包括上向流滤柱9、进水槽10、进水管14、出水管16、出水收集器11和气泵15,所述上向流滤柱9内自下而上依次设有承托板12和生物滤料层13;所述上向流滤柱9下端通过进水管14与进水槽10连接,所述进水管14位于承托板12的下方;所述上向流滤柱9上端通过出水管16与出水收集器11连接,所述出水管16位于生物滤料层13上方;所述进水管14连接有恒流泵17;所述气泵15与上向流滤柱9下端连接。其中,所述生物滤料层13的制备方法同实施例1;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵17、气泵15、进水管14和出水管16,进水槽10中的微污染水源水通过进水管14进入上向流滤柱9;通过恒流泵17调节进水流量为0.5m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为6mg/L;通过气泵15通入空气;(空气通入的流量采用水面刚好能冒出气泡的最少气流量)(b)微污染水源水经过承托板12和生物滤料层13,生物滤料层13与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管16进入出水收集器11。本对比例出水氨氮浓度、氨氮和总氮平均去除率如表2所示。对比例5一种复合改性沸石曝气生物滤池在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)复合改性沸石曝气生物滤池复合改性沸石曝气生物滤池,包括上向流滤柱、进水槽、进水管、出水管、出水收集器和气泵,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;所述气泵与上向流滤柱下端连接。其中,所述生物滤料层的制备方法同实施例2;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、气泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为1.0m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为6mg/L;通过气泵通入空气;(空气通入的流量采用水面刚好能冒出气泡的最少气流量)(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本对比例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表2所示。按照本对比例工艺运行5天后,进出水氨氮、亚硝态氮、硝态氮的变化如表3所示。对比例6一种复合改性沸石曝气生物滤池在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)复合改性沸石曝气生物滤池复合改性沸石曝气生物滤池,包括上向流滤柱、进水槽、进水管、出水管、出水收集器和气泵,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;所述气泵与上向流滤柱下端连接。其中,所述生物滤料层的制备方法同实施例1;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、气泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;调节进水流量为1.1m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为6mg/L;通过气泵通入空气;(空气通入的流量采用水面刚好能冒出气泡的最少气流量)(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本对比例出水氨氮浓度、氨氮和总氮平均去除率如表2所示。对比例7一种除氮素生物过滤装置在处理微污染水源水中的应用,包括以下步骤:(一)除氮素生物过滤装置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。其中,所述生物滤料层的制备方法同实施例1;(二)处理微污染水源水(a)开启恒流泵、进水管和出水管,进水槽中的微污染水源水通过进水管进入上向流滤柱;通过恒流泵调节进水流量为1.1m³/(m²·h);微污染水源水中氨氮浓度为6mg/L;(b)微污染水源水经过承托板和生物滤料层,生物滤料层与微污染水源水接触,去除氨氮;去除氨氮后的水经出水管进入出水收集器。本对比例出水氨氮浓度浓度、氨氮和总氮平均去除率如表2所示。对实施例1所得复合改性沸石生物、对比例2-3的改性沸石和对比例1的天然沸石进行结构和性能测试:(1)表面结构用XL30ESEM型扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)对天然沸石、复合改性沸石和复合改性沸石生物滤料进行扫描,图3为天然沸石的SEM图;图4为实施例1制备的复合改性沸石的SEM图;图5为实施例1制备的复合改性沸石生物滤料的SEM图;由图3至图5可知,天然沸石表面相对平整密实;改性沸石表面变粗糙、孔径增大;复合改性沸石生物滤料表面负载了大量组合菌。(2)晶体结构用MSALXD2型XRD测定仪测试对天然沸石和实施例1制备的复合改性沸石的晶体结构,结果如图6所示。从图中可看到,复合改性沸石和天然沸石的成分基本相同,但天然沸石孔道和空穴中的钙离子被溶液中的钠离子置换出来,使复合改性沸石较天然沸石部分特征峰强度发生改变。(3)沸石对氨氮的静态吸附静态吸附:取1质量份天然沸石和1质量份实施例1制备的复合改性沸石分别置于含10mg/L氨氮的微污染水源水中,进行静态摇床吸附试验,温度25°C,转速120r/min,静态吸附曲线如图7所示。结果表明,复合改性能加快沸石对氨氮的吸附速率,天然沸石的平衡吸附时间为12h,而复合改性沸石的平衡吸附时间为4h。表1天然沸石与实施例1、对比例2至3的改性沸石去除氨氮效果ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表1可知,使用盐酸、氯化钠及其复合对天然沸石改性均能增加沸石的氨氮吸附容量,其中本发明使用氯化钠溶液和盐酸复合改性对氨氮的吸附效果最佳,氨氮吸附容量最高达到0.96mg/g。表2实施例1至2与对比例4至7对氨氮和总氮的去除结果xa0
进水氨氮浓度
出水氨氮浓度
氨氮平均去除率
总氮平均去除率
实施例1
6mg/L
0.15mg/L
96.54%
90.03%
实施例2
6mg/L
0.28mg/L
98.00%
86.83%
对比例4
6mg/L
0.32mg/L
94.09%
62.16%
对比例5
6mg/L
0.37mg/L
96.13%
46.29%
对比例6
6mg/L
0.80mg/L
90.30%
38.80%
对比例7
6mg/L
0.63mg/L
91.81%
64.17%
由表2可知,在相同的进水流量下,相较于现有的曝气工艺,本发明不曝气的工艺更有利于水中氨氮和总氮的去除,特别有利于总氮的去除。此外,当流量为0.5m³/(m²·h)和1.0m³/(m²·h)时,不曝气条件下出水氨氮浓度均能满足饮用水氨氮水质指标要求(<0.5mg/L),当流量为1.1m³/(m²·h)时出水氨氮浓度大于0.5mg/L,不能满足饮用水水质指标。因此,本发明除氮素生物过滤装置运行最佳条件为流量0.5~1.0m³/(m²·h)且不曝气。表3实施例2与对比例5的工艺运行5天后对各种氮素去除效果ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>由表3可知,短时间内曝气和不曝气对氨氮去除效果影响不大,但曝气条件下出水亚硝态氮和硝态氮均有明显积累,亚硝浓度已超过了我国饮用水水质中对亚硝态氮的要求(<0.5mg/L)。而不曝气条件下,亚硝态氮和硝态氮出水浓度均低于进水浓度。这是因为,在曝气系统中主要发生硝化反应,硝化反应会产生质子,使溶液pH值下降,反过来不利于硝化反应进行,从而使沸石中积累的氨氮越来越多,对氨氮的吸附能力也就逐渐转弱;相反,不曝气时系统内硝化和反硝化均发生,反硝化反应能弥补硝化反应的碱度,维持适宜的pH环境,有利于系统的长期运行。表4实施例3至5对氨氮和总氮去除效果xa0
进水氨氮浓度
出水氨氮浓度
氨氮平均去除率
总氮平均去除率
实施例3
2mg/L
0.16mg/L
89.77%
80.11%
实施例4
5mg/L
0.05mg/L
98.99%
88.77%
实施例5
8mg/L
0.41mg/L
94.50%
83.23%
表4结果显示,在不同的进水氨氮浓度下,经本发明除氮素生物过滤装置处理后,出水氨氮浓度均能满足饮用水氨氮水质指标的要求。上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。