加强脱氮型砂滤系统在地下水治理中的应用

发布时间：2019-03-13 15:05

【摘要】：目前我国氮污染正不断加剧,并有从地表水转入地下水的趋势,部分地区地下水硝态氮浓度相比10年前翻升10倍不止,很多地区由于地下水水质不能满足生活用水要求,当地居民只能依赖自来水生活,同时由于氮污染加剧,自来水厂净化水质的压力也越来越大,日益危害广大地区的水质安全,加重国民经济负担。水体中硝态氮本身就有难以去除的特点,在大、中型城市中氮污染尚很难达标处理,在条件相对较差的中小城镇中更让人有心无力,如何降低氮污染,减少水质净化的成本,是目前广大学者正在研究的热点。渗滤系统以其低投入、高效率的优点,曾被各国学者开发利用,其中人工快速渗滤系统是在传统污水土地处理技术上发展起来的一种新型污水处理系统,它继承了污水土地处理技术对NH_4~+-N、COD、SS等有良好去除效果的优点,同时大大增强了水力负荷,提高了污水处理效率,但是该系统对TN、TP的去除效果并不理想。实验针对TN去除效果对其进行改良,并分析其应用与推广的可能性。在实验结果满足一定要求后,针对一些水体污染较严重、优质水源又相距甚远的地区,分析改进式人工快速渗滤在河底取水中应用的可行性。同时在一些高C/N比地区,分析在净化地表水的过程中也加入部分地下水,利用剩余碳源净化地下水中氮污染的可能性。实验首先建立传统人工快速渗滤系统,研究其在不同污水浓度、不同粒径介质条件下的处理效果,分析其去除效果与污染物浓度、多孔介质孔隙大小之间的影响关系。然后在此基础上,实验继续探索厌氧环境与有机碳源对反硝化作用的具体影响,通过设置厌氧段、添加有机碳源,验证厌氧环境与有机碳源是否有利于促进反硝化作用。实验证明厌氧环境与有机碳源不能分别独立起作用,在两个条件同时满足时反硝化作用才会顺利进行。为此,实验通过改变传统人工快速渗滤系统污水运移流程,并结合短程硝化反硝化理论、厌氧氨氧化理论设计了如下三个方面的改进。(1)改变污水处理流程,让污水预先渗滤厌氧段,截留有机碳源,出水经过硝化作用后再回流入厌氧段进行反硝化。实验发现,在此污水处流程下,经硝化作用后回流的NO_3~--N在厌氧段被反硝化去除,但有部分氨氮由于介质吸附作用不能进入好氧流程而得不到去除,其总氮去除率为56.61%,而氨氮去除率降低,仅57.31%,以轮胎颗粒作为厌氧段介质后,氨氮、总氮去除率得到提高,总氮去除率69.05%-71.84%,氨氮去除率68.41%-72.09%,如何降低厌氧段对氨氮的吸附是提高去除效果的关键。(2)将渗滤系统设置为一个密封装置,在上部外接“U”型水槽,“U”型水槽两侧水位会在渗滤系统进、出水过程中随之升高、降低,当一侧水位完全排至另一侧而渗滤系统又有部分水量进出时,系统内部就会通过“U”型水槽与大气形成少量的空气交换,达到在运行过程中限制进入系统内部的氧气的目的,系统内氧化作用会被削弱。限制空气交换量的研究发现,减少空气进入量可抑制硝化作用,在适宜条件下可积累亚硝酸盐,实现短程硝化,最高亚硝酸盐积累率达45.98%,而随着硝酸盐菌逐渐适应低氧环境以及反硝化作用的增强,亚硝酸盐积累率呈不断降低趋势。但是实验中发现在适宜空气交换量比下,系统总氮去除率被提高,在1/4交换量比条件下总氮去除率达50%-60%,并有在更低交换量比条件下提高的趋势。(3)一般的厌氧氨氧化工艺利用短程硝化作用产生的NO_2~-与NH_4~+反应,生成N2、H_2O以及少量的NO_3~-达到脱氮的目的,是否反硝化作用过程中的NO_2~-也可以成为厌氧氨氧化的原料呢?将高硝氮出水与原水混合反硝化研究发现,会有部分氨氮在厌氧段被去除,TN去除中存在部分厌氧氨氧化作用,但比例很小,占TN去除率的14.80%-36.63%。分析认为在反硝化过程中NO_2~-也会被亚硝酸盐还原菌还原,加之有机碳源较充足,其活性更强,厌氧氨氧化菌处于绝对劣势,系统厌氧氨氧化比例过低导致TN去除效果不佳。若能抑制亚硝酸盐向氮气还原,可实现反硝化过程中的亚硝酸盐积累,增强厌氧氨氧化作用,简化除氮工艺。实验分析认为,在一些水量需求不大,氮污染较严重地区,可借助改进型人工快速渗滤系统在取水源头处降低氮污染程度,减轻自来水厂生产压力,扩大可开采水资源量。
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【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X523

【参考文献】