一种化学-生物协同脱氮除磷反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，反应器本体从下到上依次设有布水区、零价铁过滤区、化学-生物协同脱氮除磷区和三相分离区。布水区设有进水布水器和底部排泥口，零价铁过滤区设有上下串联的两个零价铁填充区，化学-生物协同脱氮除磷区由内向外依次设有升流导流管、化学-生物反应区和化学反应区，三相分离区设有释气区和沉淀区，沉淀区下部设有顶部排泥口，上部设有溢流堰和出水口。本发明可有效解决废水生物脱氮除磷中的碳源不足问题；利用溶解铁屑/铁渣（零价铁）等工业废弃物提供生物脱氮基质，实现以废治废；反应器自产生除磷沉淀剂和吸附剂，无需外加药剂，节省成本；所产污泥磷含量高，有利于磷资源回收利用。
【专利说明】一种化学-生物协同脱氮除磷反应器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脱氮除磷反应器，尤其涉及一种化学-生物协同脱氮除磷反应器。
【背景技术】
[0002]水体富营养化是我国面临的重大环境问题。根据《全国环境统计公报》，2011年全国废水排放总量659.2亿吨，氨氮排放量260.4万吨。另据《中国环境状况公报》，2012年在62个国控重点湖泊(水库)中，III类至劣V类水体占71.0%，富营养状态水体占86.7%，主要污染指标是总氮和总磷。因此，氮磷污染控制已成为我国亟待解决的重大环保课题。
[0003]废水生物处理技术是现代废水处理的主流技术。经过生物处理(二级处理)，废水COD浓度基本达标，但氮磷浓度依然超标。对于这类低C:N:P比废水处理，传统废水生物脱氮(硝化-反硝化)工艺和生物除磷(好氧吸磷-厌氧释磷)工艺已显乏力，这是因为这些生物过程需要电子供体，通常由有机物提供。新型脱氮除磷工艺开发迫在眉睫。
[0004]硝酸盐型厌氧铁氧化(Nitrate-dependentAnaerobic FerrousOxidation, NAFO)是环境和微生物领域的重大发现，即在厌氧条件下，一些微生物能够以亚铁盐为电子供体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为N2(式I)。利用该反应进行废水脱氮，可有效缓解废水生物脱氮中的碳源不足问题。由式I知，NAFO生物脱氮反应过程产生酸性出水，可溶解常见工业废弃物一铁屑/铁渣( 零价铁)等，产生的Fe2+可进一步用于NAFO脱氮过程。另一方面，溶解产生的Fe2+和NAFO脱氮过程产生的Fe3+以及富含铁盐的生物污泥可为废水除磷提供沉淀剂和吸附剂，最终实现化学-生物协同脱氮除磷。
[0005]10FeC03+2N03>24H20 — IOFe (OH) 3+N2+10HC03>8H+ (I)
[0006]由上述化学-生物协同脱氮除磷原理可知，该过程可有效解决废水生物脱氮除磷过程中碳源不足的问题；通过回流生物脱氮过程的酸性出水，溶解铁屑/铁渣(零价铁)等工业废弃物，为生物脱氮提供基质，实现以废治废；利用反应器内部产生的Fe2+、NAFO脱氮过程产生的Fe3+以及富含铁盐的生物污泥作为除磷沉淀剂和吸附剂，无需外加化学沉淀剂，节省运行成本；通过反应器内部构型的合理设计和曝气强度的合理控制，使化学除磷区处于流化状态，可回收富磷污泥产物，有利于磷资源的回收利用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种化学-生物协同脱氮除磷反应器。
[0008]反应器从下到上依次设有布水区、零价铁过滤区、化学-生物协同脱氮除磷区和三相分离区；布水区底部中心设有底部排泥口，布水区中部设有进水布水器，进水布水器与进水口相连；布水区上部与零价铁过滤区直接相连，零价铁过滤区从下到上设有下部零价铁填充区和上部零价铁填充区；零价铁过滤区通过法兰与化学-生物协同脱氮除磷区相连，化学-生物协同脱氮除磷区由内向外依次设有升流导流管、化学-生物反应区和化学反应区，升流导流管下部设有锥形导流罩，化学-生物协同脱氮除磷区通过化学反应区顶部与三相分离区贯通，三相分离区从内向外依次设有化学-生物反应区上部、释气区和沉淀区，释气区和沉淀区通过挡泥板分隔，三相分离区下部设有顶部排泥口，三相分离区上部设有溢流堰和出水口，化学-生物反应区上部中央设有进药布水器，进药布水器与进药管相连，化学反应区底部设有柱盘式降流器，柱盘式降流器下部与零价铁过滤区外周的回流液贮备区相连，回流液贮备区下部设有回流口，化学反应区下部设有曝气头，曝气头底部与进气管相连。
[0009]所述的零价铁过滤区的下部零价铁填充区和上部零价铁填充区呈纵向串联，内部填充铁屑/铁渣等零价铁材料；所述的挡泥板底部位于三相分离区下部1/5-1/3处，升流导流管顶部与挡泥板底部位于同一水平高度；所述的进药布水器位于三相分离区下部1/5~1/4处；所述的曝气头位于化学反应区下部1/10~1/8处，在化学反应区同一水平高度均匀设置4~8只相同的曝气头；所述的回流口位于回流液贮备区下部1/4~1/3处，回流口回流液流量与进水口进水流量比例为0.5~4.0 ;所述的化学-生物反应区与化学反应区截面积比例为2.0~6.0 ;所述的布水区底部倾角α、三相分离区底部倾角Y、化学-生物反应区上部倾角ε均为50°，锥形导流罩锥角β为30°，挡泥板下部倾角δ为140°。
[0010]本发明与现有技术相比的有益效果是:1)反应器由布水区、零价铁过滤区、化学-生物协同脱氮除磷区和三相分离区四个单元组成，相邻单元功能互补，结构紧凑，占地面积小；2)耦合自养型生物脱氮工艺与化学除磷工艺，可有效解决废水生物脱氮除磷过程中的碳源不足问题；3)利用溶解铁屑/铁渣(零价铁)等工业废弃物提供生物脱氮基质，实现以废治废；4)利用反应器自产生除磷沉淀剂和吸附剂，无需外加化学药剂，节省成本；5)通过反应器内部构型的合理设计和曝气强度的合理控制，使化学除磷区处于流化状态，可回收富磷污泥产物，有利于磷资源的回收利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是一种化学-生物协同脱氮除磷反应器结构剖面图；
`[0012]图2是一种化学-生物协同脱氮除磷反应器结构A-A截面图；
[0013]图3是一种化学-生物协同脱氮除磷反应器结构B-B截面图。
[0014]图中:布水区1、零价铁过滤区I1、化学-生物协同脱氮除磷区III，三相分离区IV ;底部排泥口 1、进水口 2、进水布水器3、下部零价铁填充区4、上部零价铁填充区5、锥形导流罩6、升流导流管7、化学-生物反应区8、化学反应区9、柱盘式降流器10、回流液贮备区11、回流口 12、法兰13、进气管14、曝气头15、进药管16、进药布水器17、挡泥板18、释气区19、沉淀区20、溢流堰21、出水口 22、上部排泥口 23。
【具体实施方式】
[0015]如图1、2、3所示，反应器从下到上依次设有布水区1、零价铁过滤区I1、化学-生物协同脱氮除磷区III和三相分离区IV ;布水区I底部中心设有底部排泥口 1，布水区I中部设有进水布水器3，进水布水器3与进水口 2相连；布水区I上部与零价铁过滤区II直接相连，零价铁过滤区II从下到上设有下部零价铁填充区4和上部零价铁填充区5 ;零价铁过滤区II通过法兰13与化学-生物协同脱氮除磷区III相连，化学-生物协同脱氮除磷区III由内向外依次设有升流导流管7、化学-生物反应区8和化学反应区9，升流导流管7下部设有锥形导流罩6，化学-生物协同脱氮除磷区III通过化学反应区9顶部与三相分离区IV贯通，三相分离区IV从内向外依次设有化学-生物反应区8上部、释气区19和沉淀区20，释气区19和沉淀区20通过挡泥板18分隔，三相分离区IV下部设有顶部排泥口 23，三相分离区IV上部设有溢流堰21和出水口 22，化学-生物反应区8上部中央设有进药布水器17，进药布水器17与进药管16相连，化学反应区(9)底部设有柱盘式降流器10，柱盘式降流器10下部与零价铁过滤区II外周的回流液贮备区11相连，回流液贮备区11下部设有回流口 12，化学反应区9下部设有曝气头15，曝气头15底部与进气管14相连。
[0016]所述的零价铁过滤区II的下部零价铁填充区4和上部零价铁填充区5呈纵向串联，内部填充铁屑/铁渣等零价铁材料；所述的挡泥板18底部位于三相分离区IV下部1/5-1/3处，升流导流管7顶部与挡泥18底部位于同一水平高度；所述的进药布水器17位于三相分离区IV下部1/5~1/4处；所述的曝气头15位于化学反应区9下部1/10~1/8处，在化学反应区9同一水平高度均匀设置4~8只相同的曝气头15 ;所述的回流口 12位于回流液贮备区11下部1/4~1/3处，回流口 12回流液流量与进水口 2进水流量比例为
0.5~4.0 ;所述的 化学-生物反应区8与化学反应区9截面积比例为2.0~6.0 ;所述的布水区I底部倾角α、三相分离区IV底部倾角Y、化学-生物反应区8上部倾角ε均为50°，锥形导流罩6锥角β为30°，挡泥板18下部倾角δ为140°。
[0017]一种化学-生物协同脱氮除磷反应器可用PVC板和钢板制作，其工作过程如下:含硝氮/亚硝氮和磷的废水，以及由回流液贮备区11经回流口 12回流的溶液(呈酸性)一起由进水口 2，经进水布水器3混合后进入反应器；酸性溶液向上依次流过下部零价铁填充区4和上部零价铁填充区5，将铁屑/铁渣等零价铁材料溶解为二价铁；含二价铁的废水由锥形导流罩6汇集经升流导流管7进入化学-生物反应区8上部；有机物等药剂经进药管16与进药布水器17加入到化学-生物反应区8上部，与含二价铁的废水混合后下流进入化学-生物反应区8进行生物脱氮和化学除磷反应；同时，由进气管14进入反应器的空气，经曝气头15后推动固液混合物在化学反应区9向上流动，可在化学反应区9下部形成一定负压，促使化学-生物反应区8内经反应的固液混合物下流进入化学反应区9 ;经化学-生物反应区8反应后的液体呈酸性，进入化学反应区9后，部分向上流动进行化学除磷，部分向下流动，通过柱盘式降流器10进入回流液贮备区11进行贮备回流；经化学-生物反应区8反应后的固体(包括生物污泥与化学污泥)进入化学反应区9向上流动，为废水深度除磷提供吸附剂和沉淀剂。
[0018]固液混合物在曝气头15曝气的作用下，在化学反应区9内呈流化状态，利于废水中的磷与固体吸附剂和沉淀剂充分接触，增强废水除磷效果，提高固体中的磷含量；固液气混合物经化学反应区9上部进入三相分离区IV，其中，气体经释气区19排入大气，固液混合物经沉淀区20进行固液分离，液体由溢流堰21和出水口 22排出反应器，固体由上部排泥口 23排出反应器。
【权利要求】
1.一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:反应器从下到上依次设有布水区(I)、零价铁过滤区(II)、化学-生物协同脱氮除磷区(III)和三相分离区(IV);布水区(1)底部中心设有底部排泥口(1)，布水区(I)中部设有进水布水器(3)，进水布水器(3)与进水口(2)相连；布水区(I)上部与零价铁过滤区(II)直接相连，零价铁过滤区(II)从下到上设有下部零价铁填充区(4)和上部零价铁填充区(5);零价铁过滤区(II)通过法兰(13)与化学-生物协同脱氮除磷区(III)相连，化学-生物协同脱氮除磷区(III)由内向外依次设有升流导流管(7)、化学-生物反应区(8)和化学反应区(9)，升流导流管(7)下部设有锥形导流罩(6)，化学-生物协同脱氮除磷区(III)通过化学反应区(9)顶部与三相分离区(IV)贯通，三相分离区(IV)从内向外依次设有化学-生物反应区(8)上部、释气区(19)和沉淀区(20)，释气区(19)和沉淀区(20)通过挡泥板(18)分隔，三相分离区(IV)下部设有顶部排泥口(23)，三相分离区(IV)上部设有溢流堰(21)和出水口(22)，化学-生物反应区(8)上部中央设有进药布水器(17)，进药布水器(17)与进药管(16)相连，化学反应区(9)底部设有柱盘式降流器(10)，柱盘式降流器(10)下部与零价铁过滤区(II)外周的回流液贮备区(11)相连，回流液贮备区(11)下部设有回流口(12)，化学反应区(9)下部设有曝气头(15)，曝气头(15)底部与进气管(14)相连。
2.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的零价铁过滤区(II)的下 部零价铁填充区(4)和上部零价铁填充区(5)呈纵向串联，内部填充铁屑/铁渣等零价铁材料。
3.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的挡泥板(18)底部位于三相分 离区(IV)下部1/5-1/3处，升流导流管(7)顶部与挡泥板(18)底部位于同一水平高度。
4.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的进药布水器(17)位于三相分离区IV下部1/5~1/4处。
5.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的曝气头(15)位于化学反应区(9)下部1/10~1/8处，在化学反应区(9)同一水平高度均匀设置4~8只相同的曝气头(15)。
6.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的回流口(12)位于回流液贮备区(11)下部1/4~1/3处，回流口(12)回流液流量与进水口(2)进水流量比例为0.5~4.0。
7.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的化学-生物反应区(8)与化学反应区(9)截面积比例为2.0~6.0。
8.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同脱氮除磷反应器，其特征在于:所述的布水区(I)底部倾角α、三相分离区(IV)底部倾角Y、化学-生物反应区(8)上部倾角ε均为50°，锥形导流罩(6)锥角β为30°，挡泥板(18)下部倾角δ为140°。
【文档编号】C02F9/14GK103570194SQ201310562457
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】郑平, 张萌, 厉巍, 张吉强, 王兰 申请人:浙江大学