專利名稱：一種去除地下水中硝酸鹽的反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種去除地下水硝酸鹽的反應器，尤其涉及一種采用生物 處理法去除地下水硝酸鹽的反應器。
背景技術：
硝酸鹽污染主要是由生產中大量使用化肥所致。未被植物吸收或揮發的肥 料中的氮以硝酸鹽的形式揮發或由地表徑流淋濾到地下水，這不但降低植物對 氮的利用率，而且還會增加地下水中硝酸鹽的濃度，使其高于飲用水中可接受 的水平。植物的固氮作用、家庭污水、工業廢物及地下水回灌也會造成地下水 硝酸鹽濃度升高。目前，許多國家的地下水都受到不同程度的硝酸鹽污染。在
歐洲的一些地區，30年前硝酸鹽的污染就已達到比較嚴重的水平，而且還在 繼續增長。我國一些地區的地下水中的硝酸鹽含量逐年增加，個別地區用作飲 用水的地下水中硝酸鹽氮濃度已達到30mg/L甚至更高。世界衛生組織規定飲 用水中硝酸鹽氮不超過10 mg/L。我國自07年7月起實行的新《生活飲用水 衛生標準》也規定飲用水中硝酸鹽氮不得超過10mg/L。飲用高硝酸鹽含量的 地下水會給人類健康造成危害，硝酸鹽會破壞細胞和組織的呼吸，導致血液中 乳酸、膽固醇和白血球增加，蛋白質大量減少。另外，硝酸鹽被人體攝入后， 在腸胃中被還原為亞硝酸鹽，可引起人體高鐵血蛋白癥，并誘發癌癥。 一些研 究還發現硝酸鹽可引起動物心臟疾病等方面的問題。
地下水硝酸鹽的去除可分為物理處理法、化學處理法和生物處理法。物理 處理法不具有對硝酸鹽的還原分解作用,尚需二次處理；化學處理法主要是催 化還原法，但由于容易形成NH3(NH4+)等副產物，從而限制了化學催化法的 實用化。生物處理法是利用自然界存在的反硝化作用，進而采取措施強化這一 作用減少地下水中的硝酸鹽氮的含量。目前的生物反硝化法由于地下水中的營 養缺乏，普遍存在處理效率低、抗負荷沖擊能力弱、存在二次污染等缺點。利 用生物膜法雖然能夠增加微生物的附著量，并在一定程度上能夠提高硝酸鹽的處理效率，但是傳統的生物膜載體如陶粒、炭素纖維等仍沒有改變硝酸鹽生物
反硝化中存在的問題:工藝復雜、運行管理要求高；反硝化速度慢；所需反應 器體積龐大；出水混濁，SS含量大，后續處理要求高等。雖然利用中空纖維 萃取膜生物反應器去除地下水中的硝酸鹽時，出水不受微生物污染,而且硝酸 鹽去除速率快。但仍然存在反應器復雜，構建費用較高等問題。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種成本低廉、微生物附著性能 高、兼備過濾器作用的生物膜組件，并利用該生物膜組件構建一種高效安全的 去除地下水中硝酸鹽的反應器。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種去除地下水中硝酸鹽的反應 器，其特征在于，包括水槽、設置在水槽中的生物膜組件及出水管，所述水 槽又包括水槽進水孔和水槽出水孔，所述生物膜組件又包括一纖維支持筒和多 束軟性纖維，所述纖維支持筒為密封結構，所述纖維支持筒上設有多個過濾孔 和一纖維支持筒出水孔，所述每束軟性纖維的一端設置在所述纖維支持筒外 側，所述每束軟性纖維的另一端設置于每一過濾孔中，所述每束軟性纖維與所 述每一過濾孔之間存有通透間隙，所述出水管貫穿所述水槽出水孔和所述纖維 支持筒出水孔并設置在所述纖維支持筒內。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述過濾孔均勻地設置在所
述纖維支持筒的側壁上并且徑向孔距和/或軸向孔距為孔徑的2-3倍。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述每束軟性纖維為多根，
每根軟性纖維直徑為0. 5mra-2mm，所述過濾孔直徑為0. 2cm-lcm。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述纖維支持筒出水孔設置 在所述纖維支持筒的頂面。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述軟性纖維為棉線或合成 纖維，所述纖維支持筒為有機玻璃或不銹鋼材料筒。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述纖維支持筒的體積為所 述水槽的體積的1/2。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述水槽進水孔為兩個對稱 設置在所述水槽側壁的下部，所述水槽出水孔設置在所述水槽頂面。上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述水槽還包括至少一個溢 流孔，設置在所述水槽頂面和/或側壁的上部。
上述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其中，所述纖維支持筒的筒壁上還 設有加強筋。
本實用新型的有益功效在于
1) 生物膜組件制作簡單、成本低廉，可兼作出水過濾器；
2) 反硝化微生物去除硝酸鹽效率高，抗負荷變動能力強；
3) 反應器出水水質好，不需沉淀裝置，可節省二次處理成本。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實
用新型的限定。
圖1為生物膜組件示意圖2為本實用新型去除地下水中硝酸鹽的反應器示意圖。 其中，附圖標記
1- 過濾孔
2- 軟性纖維
3- 出水管
4- 纖維支持筒。
6- 溢流孔
7- 水槽進水孔。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作具體的描述 在圖2所示的具體實施方式
中，本實用新型揭示一種去除地下水硝酸鹽的 反應器，包括水槽、生物膜組件及出水管，生物膜組件設置在水槽中，出水 管貫穿所述水槽出水孔和所述纖維支持筒出水孔并設置在所述纖維支持筒內。 如圖1所示，生物膜組件又包括過濾孔1、軟性纖維2、出水管3、纖 維支持簡4，纖維支持筒為密封結構，纖維支持筒上均勻設置有多個過濾孔，纖維支持筒的頂面設有一纖維支持筒出水孔，每個過濾孔中填堵一束軟性纖維 并且將每束軟性纖維的另一端保留在纖維支持筒外側，每束軟性纖維與每一過 濾孔之間存有通透的間隙。
軟性纖維可以選用0.5 mm-2 mm粗的棉線或其它合成纖維，以1 mm粗的 棉線為宜。纖維支持筒為有機玻璃或不銹鋼材料的圓筒，壁厚為1.5 mm-3 mm， 其大小視處理水量而定，尺寸較大時,應在筒壁上粘接或焊接加強筋,以提高筒 體的強度。圓筒的兩端采取密封措施，頂部密封蓋開設纖維支持筒出水孔，出 水管3插入纖維支持筒，以抽取筒中的處理水。筒壁上均勻的過濾孔是直徑為 0.2 cm-lcm的小孔，以0.5cm為宜，小孔中心矩1 cm。每一小孔將多根組成 的一束軟性纖維載體填充于中，但填堵松緊程度要適中，使水能夠順利流進筒 內為宜。
如附圖2所示，將附圖1所示生物膜組件置于水槽5中即構成反應器，生 物膜組件的體積占水槽有效體積的l/2為宜。水槽5可以選擇圓形、方形或其 它幾何形狀，水槽進水孔7為兩個對稱設置在水槽側壁的下部，水槽出水孔設 置在水槽頂面。水槽的頂面和側壁的上部還設置有至少一個溢流孔6。
本實用新型依據的方法屬于異養生物膜處理方法，微生物利用水中的碳源 或外加碳源(如甲醇)，硝酸根作為微生物最終電子受體被降解為氮氣。反應式
為
5CH30H+6N03陽 ~~ 2N2+5C02+7H20+60H" 水中的C/N值為1-6為宜。
進水從水槽5下部的水槽進水孔7流入，經過生物膜組件中的軟性纖維載 體反應區后，通過軟性纖維與過濾孔之間通透的間隙(毛細管作用)進入纖維 支持筒體內部，出水通過泵從支持筒內部抽出，水力停留時間(HRT)為2-8小 時。
實施例1
有機玻璃筒高20cm，直徑10cm，容積為1.6L。筒壁均勻地打上直徑為 0.5 mm的小孔，孔距沿周長方向為2cm，沿法線方向為3cm，小孔用棉線填 充，在圓筒壁面掛上O.l mm粗的棉線作為軟性生物膜載體，外掛棉線長約8 cm。另外，小孔沿法線方向不成一條直線，以使圓筒壁面完全被棉線覆蓋， 這樣就獲得了本實用新型的生物膜組件，將其置于有機玻璃圓筒(高30 cm，直徑30cm,容積為15L)中，即得本發明的生物膜反應器。
采用本實用新型的生物膜組件和生物膜反應器，人工合成地下水硝酸鹽濃 度50iiig/L， C/N為3.0， pH為7.0， HRT為8小時時，出水硝酸鹽濃度和亞硝 酸鹽濃度均為Omg/L。
實施例2
生物膜組件的制備和去除水中硝酸鹽的方法如例1，所不同的是地下水硝 酸鹽濃度100mg/L， C/N為3.0， pH為7.0， HRT為8小時時，出水硝酸鹽濃 度0.5mg/L;亞硝酸鹽濃度均小于0.02mg/L,符合國家飲用水標準。
實施例3
生物膜組件的制備和去除水中硝酸鹽的方法如例1，但地下水硝酸鹽濃度 增加到150mg/L， C/N為3.0， pH為7.0， HRT為20小時時，出水硝酸鹽濃 度0.2mg/L;亞硝酸鹽濃度均小于0.02mg/L，符合國家飲用水標準。
綜上所述，采用本實用新型提供的去除地下水中硝酸鹽的反應器，生物膜 組件制作簡單、成本低廉、反硝化微生物去除硝酸鹽效率高、抗負荷變動能力 強、反應器出水水質好、不需二次處理，可兼作出水過濾器。
當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其 實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改 變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保 護范圍。
權利要求1、一種去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于，包括水槽、設置在水槽中的生物膜組件及出水管，所述水槽又包括水槽進水孔和水槽出水孔，所述生物膜組件又包括一纖維支持筒和多束軟性纖維，所述纖維支持筒為密封結構，所述纖維支持筒上設有多個過濾孔和一纖維支持筒出水孔，所述每束軟性纖維的一端設置在所述纖維支持筒外側，所述每束軟性纖維的另一端設置于每一過濾孔中，所述每束軟性纖維與所述每一過濾孔之間存有通透間隙，所述出水管貫穿所述水槽出水孔和所述纖維支持筒出水孔并設置在所述纖維支持筒內。
2、 根據權利要求1所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于， 所述過濾孔均勻地設置在所述纖維支持筒的側壁上并且徑向孔距和/或軸向孔距為孔徑的2-3倍。
3、 根據權利要求2所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于， 所述每束軟性纖維為多根，每根軟性纖維直徑為0. 5mm-2mm，所述過濾孔直徑 為0.2cm-lcm。
4、 根據權利要求1所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于， 所述纖維支持筒出水孔設置在所述纖維支持筒的頂面。
5、 根據權利要求l、 2、 3或4所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其 特征在于，所述軟性纖維為棉線或合成纖維，所述纖維支持筒為有機玻璃或不 銹鋼材料筒。
6、 根據權利要求l、 2、 3或4所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其 特征在于，所述纖維支持筒的體積為所述水槽的體積的1/2。
7、 根據權利要求1所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于， 所述水槽進水孔為兩個對稱設置在所述水槽側壁的下部，所述水槽出水孔設置 在所述水槽頂面。
8、 根據權利要求6所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于， 所述水槽還包括至少一個溢流孔，設置在所述水槽頂面和/或側壁的上部。
9、 根據權利要求6所述的去除地下水中硝酸鹽的反應器，其特征在于， 所述纖維支持筒的筒壁上還設有加強筋。
專利摘要一種去除地下水中硝酸鹽的反應器，包括水槽、設置在水槽中的生物膜組件及出水管，水槽又包括水槽進水孔和水槽出水孔，生物膜組件又包括一纖維支持筒和多束軟性纖維，纖維支持筒為密封結構，纖維支持筒上設有多個過濾孔和一纖維支持筒出水孔，每束軟性纖維的一端設置在纖維支持筒外側，每束軟性纖維的另一端設置于每一過濾孔中，每束軟性纖維與每一過濾孔之間存有通透間隙，出水管貫穿水槽出水孔和纖維支持筒出水孔并設置在纖維支持筒內。采用本實用新型提供的去除地下水中硝酸鹽的反應器，生物膜組件制作簡單、成本低廉、反硝化微生物去除硝酸鹽效率高、抗負荷變動能力強、反應器出水水質好、不需二次處理，可兼作出水過濾器。
文檔編號C02F3/12GK201347377SQ20082012262
公開日2009年11月18日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年9月19日
發明者馮傳平, 王慶宏 申請人:中國地質大學(北京)