[发明专利]一种地下水微生物脱氮系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理地下水中微生物脱氮的系统，属于水处理技术领域。

背景技术

地下水是满足人类日常饮水的重要来源之一。化肥施用、污水灌溉、垃圾粪便、工业含氮废弃物、燃料燃烧排放的含氮废气等在自然条件下，经降水淋溶分解后形成硝酸盐，流入河、湖并渗入地下，从而造成地下水的硝酸盐污染。含有高浓度硝酸盐的水在人类饮用后，会在还原菌的作用下生成亚硝酸盐，容易引起高铁血红蛋白，使血液失去携氧功能。亚硝酸盐在人体内与仲胺类作用形成亚硝胺类，它在人体内达到一定剂量时是致癌、致畸、致突变的物质，可严重危害人体健康。中国浅层地下水约有50％地区遭到一定程度的硝酸盐污染，鉴于地下水硝酸盐污染的现状及对人体的危害，地下水硝酸盐污染的处理技术得到越来越多的关注。

目前研究和应用最多的的硝酸盐处理方法有物理分离法、化学还原法、生物反硝化法。物理化学法如离子交换、反渗透、电渗析等，处理效率高，但其所需装置复杂，技术成本高，处理后产生的浓缩废液还需要进一步处理；异养生物反硝化常常因地下水中有机物含量较低而受到限制。

氢基质膜生物技术是一种自养生物还原技术，该技术采用氢气作为电子受体，中空纤维膜作为生物膜载体，氢气从中空纤维膜内部扩散到膜外的过程中，被膜面的微生物利用，同时硝酸盐被还原氮气，从而达到净水的目的。CN101407363B公开的《一种处理饮用水中氧化性污染物质的装置》用于处理地下水中的硝酸盐，去除效率高，且膜组件安装与拆卸方便。但是，脱落的生物膜没法及时得到清除，容易对出水口造成堵塞；水中存在的少量有机物对氢自养微生物存在一定干扰；不能根据进水污染负荷调节膜组件数量及相关工况参数，处理效果有限。

发明内容

本发明针对现有地下水硝酸盐处理技术存在的无法根据进水污染负荷对工艺运行工况进行调节、脱氮效率低、出水存在二次污染的问题，提供一种脱氮效率高、成本低、无二次污染的地下水微生物脱氮系统。

本发明的地下水微生物脱氮系统，采用以下技术方案：

该地下水中微生物脱氮处理系统，包括依次连接的脱氮处理池、活性炭滤池和消毒池；脱氮处理池由异养生物脱氮池和氢自养生物脱氮池串联组成，异养生物脱氮池和氢自养生物脱氮池的体积比为1:3，异养生物脱氮池内悬挂有填料，氢自养生物脱氮池中设置有中空纤维膜组件、pH在线监测仪和硝酸盐在线监测仪、氢气管路和二氧化碳管路，氢气管路和二氧化碳管路上均设置有控制阀门，氢气管路与中空纤维膜组件连接，氢自养生物脱氮池的中空纤维膜组件间隙内设置有颗粒填料，氢气管路上的控制阀门、二氧化碳管路上的控制阀门、pH在线监测仪和硝酸盐在线监测仪均与PLC控制器连接。

中空纤维膜组件，包括腔体和中空纤维膜，各个中空纤维膜的一端与腔体连接，另一端封闭，腔体通过阀门与支管连接，支管与氢气管路连接，中空纤维膜的侧壁上分布有孔径为0.01μm-0.1μm的微孔，孔隙率为80％。

上述系统在地下水脱氮处理之前，取城市生活污水处理厂的缺氧池污泥作为接种污泥，分别接种到异养生物脱氮反应池和氢自养生物脱氮池，然后开始挂膜及驯化阶段，间歇进出水10-30天使异养生物脱氮反应池中的填料和氢自养生物脱氮池中的中空纤维膜的表面初步形成生物膜；

硝酸盐污染的地下水进入到异养生物脱氮池，异养生物处理池内填料上的生物膜利用水体中的有机物作为碳源和能源，NO₃ ^–作为电子受体进行反硝化，将NO₃ ^–还原成N₂，去除水中有机物和部分NO₃ ^–，消除水中有机物对后续氢自养反硝化的干扰，同时去除水体中部分NO₃^–；