一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器。反應(yīng)器從下到上設(shè)布水布?xì)鈪^(qū)、第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)。布水布?xì)鈪^(qū)設(shè)氣體回流口、布水布?xì)夥瓷浒搴瓦M(jìn)水管，第一反應(yīng)區(qū)設(shè)還原性鐵鹽填充區(qū)、第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)和緩沖區(qū)，第二反應(yīng)區(qū)設(shè)碳酸鈣填充區(qū)和第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)，三相分離區(qū)設(shè)氣體收集區(qū)、壓力平衡管、釋氣口、沉淀區(qū)、溢流堰和出水口等。本實(shí)用新型通過(guò)在兩級(jí)厭氧鐵氧化脫氮區(qū)中間串聯(lián)碳酸鈣填充區(qū)，實(shí)現(xiàn)堿度自調(diào)節(jié)，脫氮效率高；碳酸鈣溶解為生物脫氮提供無(wú)機(jī)碳源，外加藥劑少；通過(guò)回流酸性反應(yīng)液溶解廉價(jià)鐵屑等還原性鐵鹽，為生物脫氮提供鐵基質(zhì)，以廢治廢；回流反應(yīng)產(chǎn)氣，強(qiáng)化傳質(zhì)，防止填料堵塞和污泥板結(jié)。
【專利說(shuō)明】
一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，尤其涉及一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水是一種有限的淡水資源，全世界有數(shù)十億人以地下水為飲用水源。由于工農(nóng)業(yè)廢水、生活污水、固體廢棄物等的排放及滲漏，地下水污染日趨嚴(yán)重。據(jù)《2014年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》，在全國(guó)202個(gè)地級(jí)及以上城市4896個(gè)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，水質(zhì)為較差級(jí)和極差級(jí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)比例高達(dá)61.5%，其中“三氮”污染尤為突出，亟待治理。
[0003]反硝化菌是生物修復(fù)地下水硝酸鹽污染的功能之源。由于地下水中有機(jī)物含量很少，對(duì)于這類低C:N比污染水，傳統(tǒng)脫氮菌(異養(yǎng)反硝化菌)無(wú)能為力，這是因?yàn)榉聪趸^(guò)程需要電子供體，通常由有機(jī)物提供。為提高反硝化脫氮活性，往往需外加有機(jī)物，不僅增加了修復(fù)成本，且易引起二次污染，帶來(lái)飲水安全隱患。因此，自養(yǎng)脫氮工藝開(kāi)發(fā)迫在眉睫。
[0004]鐵鹽是地下水污染治理中應(yīng)用最廣的化學(xué)劑(包括零價(jià)鐵和二價(jià)鐵礦物等)。在無(wú)氧條件下，以低價(jià)態(tài)鐵鹽還原硝酸鹽生成三價(jià)鐵和氮?dú)獾纳锓磻?yīng)，即硝酸鹽型厭氧鐵氧化(nitrate-dependent anaerobic iron oxidat1n，NA10)。利用ΝΑΙ0，可破解地下水生物原位脫氮技術(shù)碳源不足的難題。
[0005]Fe/Fe (11 )+N03—+feO—Fe (OH) 3+N2+HCO3—+H+
[0006]由該反應(yīng)式知，NF1過(guò)程可產(chǎn)生H+使反應(yīng)后溶液呈酸性，不僅抑制了嗜中性NA1微生物的脫氮活性，且易導(dǎo)致處理地下水不能達(dá)標(biāo)排放。因此有必要對(duì)厭氧鐵氧化脫氮過(guò)程進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)。
[0007]本實(shí)用新型提供了一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，在裝置內(nèi)設(shè)置兩級(jí)NA1反應(yīng)區(qū)，利用第一級(jí)NA1脫氮后呈酸性的溶液，溶解第二反應(yīng)區(qū)的碳酸鈣，不僅能夠調(diào)節(jié)溶液堿度，而且為第二級(jí)NA1自養(yǎng)脫氮提供無(wú)機(jī)碳源(CO2)。同時(shí)，回流第一級(jí)NA1脫氮后呈酸性的溶液，將廉價(jià)還原性鐵鹽(鐵肩/鐵渣等常見(jiàn)工業(yè)廢棄物)溶解，為NA1脫氮過(guò)程提供基質(zhì)(電子供體)。最終，實(shí)現(xiàn)厭氧鐵氧化過(guò)程的堿度自調(diào)控和高效脫氮。
[0008]由上述設(shè)計(jì)原理可知，本實(shí)用新型涉及的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，一方面可實(shí)現(xiàn)NA1反應(yīng)過(guò)程的堿度自調(diào)節(jié)，提高脫氮效率;另一方面可自產(chǎn)NA1反應(yīng)所需基質(zhì)(電子供體和碳源等)，增強(qiáng)脫氮經(jīng)濟(jì)性，推動(dòng)了NA1自養(yǎng)生物脫氮技術(shù)的研發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器。
[0010]一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，反應(yīng)器從下到上依次設(shè)有布水布?xì)鈪^(qū)、第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)；
[0011]所述的布水布?xì)鈪^(qū)自下到上設(shè)有排渣管、氣體回流口、布水布?xì)夥瓷浒搴屠瓤?；喇叭口與中心管直接相連，中心管位于沿反應(yīng)器軸向布置，中心管上部設(shè)有進(jìn)水管；
[0012]第一反應(yīng)區(qū)通過(guò)還原性鐵鹽填充區(qū)與布水布?xì)鈪^(qū)貫通，還原性鐵鹽填充區(qū)頂部設(shè)有第一柱盤式升流布水器，第一柱盤式升流布水器與第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)直接相連，第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)頂部設(shè)有緩沖區(qū)，緩沖區(qū)中部設(shè)有液體回流管；
[0013]第二反應(yīng)區(qū)通過(guò)碳酸鈣填充區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)的緩沖區(qū)貫通，碳酸鈣填充區(qū)頂部設(shè)有第二柱盤式升流布水器，第一柱盤式升流布水器與第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)直接相連；
[0014]三相分離區(qū)通過(guò)第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)頂部與第二反應(yīng)區(qū)貫通，三相分離區(qū)由內(nèi)向外依此設(shè)有中心管上段、氣體收集區(qū)和沉淀區(qū)，氣體收集區(qū)和沉淀區(qū)通過(guò)擋泥板分隔，氣體收集區(qū)頂部設(shè)有密封蓋，密封蓋上設(shè)有氣體收集管，氣體收集管與氣體回流管相連，氣體回流管通過(guò)氣體回流口與布水布?xì)鈪^(qū)貫通;氣體收集區(qū)上部設(shè)有氣壓平衡管，氣壓平衡管中部設(shè)有釋氣口 ；沉淀區(qū)下部設(shè)有污泥排放管，沉淀區(qū)上部設(shè)有溢流堰和出水口。
[0015]所述的第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)的體積比為1.0:1.0:1.0?2.0。所述的中心管、第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)的截面積比例為1/20?1/40:1.0:1.0。所述的進(jìn)水管位于中心管上段1/5?1/4處，所述的氣壓平衡管位于氣體收集區(qū)上部1/9?1/10處，且高于出水管水平位置。所述的氣體回流口位于布水布?xì)鈪^(qū)下部1/4?1/3處，布水布?xì)夥瓷浒逦挥诓妓細(xì)鈪^(qū)中部，且位于氣體回流口正上方。所述的液體回流管位于緩沖區(qū)中部，液體回流管回流流量與進(jìn)水管進(jìn)水流量比例為0.5?2.5。所述的布水布?xì)鈪^(qū)底部?jī)A角α為55°，布水布?xì)夥瓷浒鍨榱庑?，夾角β為34°，三相分離區(qū)底部?jī)A角γ為55°，擋泥板下端傾角δ為150。。
[0016]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:I)反應(yīng)器由布水布?xì)鈪^(qū)、第一反應(yīng)區(qū)、第二反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)四個(gè)單元組成，相鄰單元功能互補(bǔ)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；2)通過(guò)碳酸鈣填充區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)的串聯(lián)設(shè)置，反應(yīng)后的酸性溶液得到中和，實(shí)現(xiàn)堿度調(diào)節(jié)，脫氮效率提高;3)通過(guò)第一反應(yīng)區(qū)后的酸性反應(yīng)溶液溶解碳酸鈣，為第二反應(yīng)區(qū)提供無(wú)機(jī)碳源，外加藥劑量減少;4)通過(guò)回流第一反應(yīng)區(qū)后的酸性反應(yīng)溶液溶解廉價(jià)的鐵肩/鐵渣等還原性鐵鹽，為厭氧鐵氧化生物脫氮過(guò)程提供鐵鹽基質(zhì)，以廢治廢。5)通過(guò)收集并回流反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，可強(qiáng)化反應(yīng)傳質(zhì)，防止填料堵塞和生物污泥板結(jié)等。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是一種堿度自調(diào)控厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0018]圖2是一種堿度自調(diào)控厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖3是一種堿度自調(diào)控厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)A-A截面圖；
[0020]圖4是一種堿度自調(diào)控厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)B-B截面圖；
[0021]圖中:布水布?xì)鈪^(qū)1、第一反應(yīng)區(qū)I1、第二反應(yīng)區(qū)II1、三相分離區(qū)IV;排渣管1、氣體回流口 2、布水布?xì)夥瓷浒?、進(jìn)水管4、中心管5、喇叭口 6、還原性鐵鹽填充區(qū)7、第一柱盤式升流布水器8、第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)9、緩沖區(qū)10、液體回流管11、碳酸鈣填充區(qū)12、第二柱盤式升流布水器13、第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)14、污泥排放管15、擋泥板16、氣體收集區(qū)17、密封板18、氣體收集管19、氣體回流管20、壓力平衡管21、釋氣口 22、沉淀區(qū)23、溢流堰24、出水□ 25。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述。
[0023]如圖1、2、3和4所示，一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，反應(yīng)器從下到上依次設(shè)有布水布?xì)鈪^(qū)1、第一反應(yīng)區(qū)I1、第二反應(yīng)區(qū)III和三相分離區(qū)IV。四個(gè)分區(qū)中具體結(jié)構(gòu)如下:
[0024]布水布?xì)鈪^(qū)I自下到上設(shè)有排渣管1、氣體回流口 2、布水布?xì)夥瓷浒?和喇叭口 6 ；喇叭口6與中心管5直接相連，中心管5位于沿反應(yīng)器軸向布置，貫通四個(gè)分區(qū)，中心管5上部連通進(jìn)水管4。
[0025]第一反應(yīng)區(qū)II通過(guò)填充有還原性鐵鹽的還原性鐵鹽填充區(qū)7與布水布?xì)鈪^(qū)I貫通，還原性鐵鹽填充區(qū)7頂部設(shè)有第一柱盤式升流布水器8，第一柱盤式升流布水器8與第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)9直接相連，第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)9頂部設(shè)有緩沖區(qū)10，緩沖區(qū)10中部設(shè)有液體回流管11。
[0026]第二反應(yīng)區(qū)III通過(guò)填充有碳酸鈣的碳酸鈣填充區(qū)12與第一反應(yīng)區(qū)II的緩沖區(qū)10貫通，碳酸鈣填充區(qū)12頂部設(shè)有第二柱盤式升流布水器13，第一柱盤式升流布水器13與第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)14直接相連。
[0027]三相分離區(qū)IV通過(guò)第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)14頂部與第二反應(yīng)區(qū)III貫通，三相分離區(qū)IV由內(nèi)向外依此設(shè)有中心管5上段、氣體收集區(qū)17和沉淀區(qū)23，氣體收集區(qū)17和沉淀區(qū)23通過(guò)擋泥板16分隔，氣體收集區(qū)17頂部設(shè)有密封蓋18，密封蓋18上設(shè)有氣體收集管19，氣體收集管19與氣體回流管20相連，氣體回流管20通過(guò)氣體回流口 2與布水布?xì)鈪^(qū)I貫通;氣體收集區(qū)17上部設(shè)有氣壓平衡管21，氣壓平衡管21中部設(shè)有釋氣口 22，氣壓平衡管21上通過(guò)壓力閥等元件實(shí)現(xiàn)壓力保護(hù)，當(dāng)裝置內(nèi)壓力過(guò)大時(shí)可釋放部分氣體。沉淀區(qū)23下部設(shè)有污泥排放管15，沉淀區(qū)23上部設(shè)有溢流堰24和出水口 25。
[0028]所述的第一反應(yīng)區(qū)I1、第二反應(yīng)區(qū)III和三相分離區(qū)IV的體積比為1.0:1.0:1.0?
2.0。
[0029]所述的中心管5、第一反應(yīng)區(qū)I1、第二反應(yīng)區(qū)III的截面積比例為1/20?1/40:1.0:
1.0。
[0030]所述的進(jìn)水管4位于中心管5上段1/5?1/4處，所述的氣壓平衡管21位于氣體收集區(qū)17上部1/9?1/10處，且高于出水管25水平位置。
[0031]所述的氣體回流口 2位于布水布?xì)鈪^(qū)I下部1/4?1/3處，布水布?xì)夥瓷浒?位于布水布?xì)鈪^(qū)I中部，且位于氣體回流口 2正上方。
[0032]所述的液體回流管11位于緩沖區(qū)10中部，液體回流管11回流流量與進(jìn)水管4進(jìn)水流量比例為0.5?2.5。
[0033]所述的布水布?xì)鈪^(qū)I底部?jī)A角α為55°，布水布?xì)夥瓷浒?為菱形，夾角β為34°，三相分離區(qū)IV底部?jī)A角γ為55°，擋泥板16下端傾角δ為150°。
[0034]上述反應(yīng)器可由PVC板和鋼板制作。基于該裝置的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮方法，步驟如下:含硝氮的廢水與經(jīng)液體回流管11回流第一反應(yīng)區(qū)II反應(yīng)后的反應(yīng)液(呈酸性)混合后，由進(jìn)水管4進(jìn)入反應(yīng)器;混合液(呈酸性)由中心管5及其底部的喇叭口 6進(jìn)入布水布?xì)鈪^(qū)I，經(jīng)過(guò)布水布?xì)夥瓷浒?布水后向上進(jìn)入還原性鐵鹽填充區(qū)7，將內(nèi)部填充的鐵肩/鐵渣還原性鐵材料溶解;含溶解性鐵鹽的廢水經(jīng)第一柱盤式升流布水器8進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)9進(jìn)行生物脫氮;脫氮后的廢水(呈酸性)進(jìn)入緩沖區(qū)10，一部分經(jīng)液體回流管11回流，另一部分進(jìn)入碳酸鈣填充區(qū)12，與碳酸鈣發(fā)生中和反應(yīng)，一方面溶液堿度得到提高，另一方面產(chǎn)生⑶2，氣水混合物經(jīng)第二柱盤式升流布水器13進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)14進(jìn)行二級(jí)生物脫氮;反應(yīng)后的固液氣混合物進(jìn)入三相分離區(qū)IV，被分離為氣體和固液混合物;其中，氣體含NdPCO2由氣體收集區(qū)17收集后，經(jīng)氣體收集口 19進(jìn)入氣體回流管20，并回流至布水布?xì)鈪^(qū)I，再由氣體回流口2釋放和布水布?xì)夥瓷浒?布?xì)夂箅S反應(yīng)液進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)；當(dāng)氣體收集區(qū)17內(nèi)積累過(guò)量氣體時(shí)，氣體經(jīng)壓力平衡管21由釋氣口 22排入大氣；固液混合物經(jīng)沉淀區(qū)23進(jìn)行固液分離，液體由溢流堰24和出水口 25排出反應(yīng)器，固體由污泥排放管15排出反應(yīng)器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:反應(yīng)器從下到上依次設(shè)有布水布?xì)鈪^(qū)(I)、第一反應(yīng)區(qū)(II)、第二反應(yīng)區(qū)(III)和三相分離區(qū)(IV); 所述的布水布?xì)鈪^(qū)(I)自下到上設(shè)有排渣管(I)、氣體回流口(2)、布水布?xì)夥瓷浒?3)和喇叭口( 6);喇叭口( 6)與中心管(5)直接相連，中心管(5)位于沿反應(yīng)器軸向布置，中心管(5)上部設(shè)有進(jìn)水管(4)； 第一反應(yīng)區(qū)(II)通過(guò)還原性鐵鹽填充區(qū)(7)與布水布?xì)鈪^(qū)(I)貫通，還原性鐵鹽填充區(qū)(7)頂部設(shè)有第一柱盤式升流布水器(8)，第一柱盤式升流布水器(8)與第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)(9)直接相連，第一厭氧鐵氧化脫氮區(qū)(9)頂部設(shè)有緩沖區(qū)(10)，緩沖區(qū)(10)中部設(shè)有液體回流管(11); 第二反應(yīng)區(qū)(III)通過(guò)碳酸鈣填充區(qū)(12)與第一反應(yīng)區(qū)(II)的緩沖區(qū)(10)貫通，碳酸鈣填充區(qū)(12)頂部設(shè)有第二柱盤式升流布水器(13)，第一柱盤式升流布水器(13)與第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)(14)直接相連； 三相分離區(qū)(IV)通過(guò)第二厭氧鐵氧化脫氮區(qū)(14)頂部與第二反應(yīng)區(qū)(III)貫通，三相分離區(qū)(IV)由內(nèi)向外依此設(shè)有中心管(5)上段、氣體收集區(qū)(17)和沉淀區(qū)(23)，氣體收集區(qū)(17)和沉淀區(qū)(23)通過(guò)擋泥板(16)分隔，氣體收集區(qū)(17)頂部設(shè)有密封蓋(18)，密封蓋(18)上設(shè)有氣體收集管(19)，氣體收集管(19)與氣體回流管(20)相連，氣體回流管(20)通過(guò)氣體回流口(2)與布水布?xì)鈪^(qū)(I)貫通;氣體收集區(qū)(17)上部設(shè)有氣壓平衡管(21)，氣壓平衡管(21)中部設(shè)有釋氣口(22);沉淀區(qū)(23)下部設(shè)有污泥排放管(15)，沉淀區(qū)(23)上部設(shè)有溢流堰(24)和出水口( 25)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:所述的第一反應(yīng)區(qū)(II)、第二反應(yīng)區(qū)(III)和三相分離區(qū)(IV)的體積比為1.0: 1.0: 1.0?2.0。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:所述的中心管(5)、第一反應(yīng)區(qū)(II)、第二反應(yīng)區(qū)(III)的截面積比例為1/20?1/40:1.0:1.0。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:所述的進(jìn)水管(4)位于中心管(5)上段1/5?1/4處，所述的氣壓平衡管(21)位于氣體收集區(qū)(17)上部1/9?1/10處，且高于出水口(25)水平位置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:所述的氣體回流口(2)位于布水布?xì)鈪^(qū)(I)下部1/4?1/3處，布水布?xì)夥瓷浒?3)位于布水布?xì)鈪^(qū)(I)中部，且位于氣體回流口(2)正上方。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:所述的液體回流管(11)位于緩沖區(qū)(10)中部，液體回流管(11)回流流量與進(jìn)水管(4)進(jìn)水流量比例為0.5?2.5。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種堿度自調(diào)控的高效厭氧鐵氧化脫氮反應(yīng)器，其特征在于:所述的布水布?xì)鈪^(qū)(I)底部?jī)A角α為55°，布水布?xì)夥瓷浒?3)為菱形，夾角β為34°，三相分離區(qū)(IV)底部?jī)A角γ為55°，擋泥板(16)下端傾角δ為150°。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK205635260SQ201620332576
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】鄭平, 張萌, 李旖瑜, 張朱谷承, 聞舒嫻, 陸慧鋒
【申請(qǐng)人】浙江艾摩柯斯環(huán)境科技有限公司