一种去除污水和污染水体中氨氮的反应器的制作方法

本发明涉及属于环境保护技术领域，尤其是涉及一种去除污水和污染水体中氨氮的反应器。

背景技术：

根据2015年中国环境质量公报公布的数据显示，氨氮是全国530个重要省界断面的主要污染指标，也是地下饮用水水源地的主要超标指标。在全国七大水系中，氨氮是黄河、海河和辽河流域的主要污染指标。2015年全国废水氨氮排放总量为229.9万吨，其中直排海洋的氨氮总量为1.5万吨。氨氮排入水体既会消耗溶解氧，造成水体黑臭；又会成为水生植物尤其是藻类的营养物质来源，造成水体富营养化。此外，水中游离氨会对水生生物产生毒害，造成鱼类的大量死亡。因此，污水中氨氮排放量的削减和污染水体中氨氮浓度的控制对改善水体环境、维持生态系统平衡具有非常重要的意义。

近年来随着污水处理行业的快速发展，特别是“十二五”提出的氨氮总量减排10％的要求后，污水氨氮排放量得到了有效控制，许多城镇污水处理厂出水氨氮由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的二级排放标准(25mg/L)降低为一级B(15mg/L)或者一级A(8mg/L)。在污染水体修复中，其目标通常也是由中低浓度(<10mg/L)进一步降低至《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中IV类(≤1.5mg/L)或III类(≤1.0mg/L)水体的要求。因此，中低浓度氨氮的深度处理是污水氨氮排放量进一步削减和污染水体修复中面临的共性问题。经二级处理后污水和污染水体通常具有水量大、氨氮浓度低、含有一定量有机物的特点，这需要寻求快速、高效的处理技术，并有效规避有机物对处理效果的干扰。

生物硝化是目前最具有实用性的氨氮处理技术，但受限于反应速率问题，很难适用于高水量、低浓度条件下的氨氮处理。化学氧化技术具有较高的反应速率，但又会受到有机物的干扰。比较而言，沸石由于具有良好的吸附和离子交换能力，对低浓度污水和污染水体中的氨氮均具有很好的去除效果，且受有机物干扰较小。然而，沸石吸附受限于传质速率，难以实现较短停留时间下的充分、快速吸附。因此，开发高传质速率的吸附反应器对沸石吸附技术在低浓度污水和污染水体中应用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种去除污水和污染水体中氨氮的反应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种去除污水和污染水体中氨氮的反应器，包括：

流化吸附组件：包括填料截留层和设置在截留层上方的流化吸附层，在截留层底部还接有进水口；

沉降组件：设置在流化吸附层上，其内部带有用于过滤溢流出水的出水过滤单元，在沉降组件的顶部设有溢流出水口；

再生组件：通过管路分别连接流化吸附层和进水口，并组成通循环再生液的再生回路，所述的再生组件包括通过管路连接的脱氮槽和循环再生液泵，其中，脱氮槽还连接截留层的进水口，循环再生液泵还连接流化吸附层，所述的脱氮槽内设有脱氮单元。

所述的填料截留层为沸石层。所述的流化吸附层即是提供沸石颗粒实现流化状态后，体积膨胀所需的空腔。

所述的沉降组件包括从下到上依次设置的扩径层和沉降层，所述的扩径层的底部连接流化吸附层，所述的沉降层内部设有出水过滤单元，在沉降层的顶部还设有溢流出水口。

所述的扩径层的截面呈倒八字形，其上下两端分别圆滑连接沉降层和流化吸附层。

所述的出水过滤单元为过滤网。

所述的过滤网的目数为200～500。

所述的循环再生液为浓度6～15g/L的NaCl溶液。

所述的脱氮单元为浸入脱氮槽内循环再生液里的电解单元或设置在脱氮槽顶部的次氯酸盐加料仓。

所述的电解单元包括浸入脱氮槽的循环再生液中的阴、阳极，其中，阳极为钛电极，阴极为镀二氧化铱的钛电极，阴阳极的间距为4-6cm。

当脱氮单元为次氯酸盐加料仓时，每次脱氮处理时，投加的次氯酸盐满足脱氮槽中Cl、N原子的摩尔比为1:1.5～2。

本发明的反应力处理氨氮废水的具体步骤如下：

待处理水从反应器进水口进入流化吸附单元并自下而上流动，经过流化吸附层，待处理水中的氨氮被沸石充分吸附。

待处理水从流化吸附层顶部进入沉降单元的扩径层，待处理水的流速逐渐下降，当其进入沉降层时，流速低于沸石的临界流化速度，沸石由于自身重力开始沉降，上清液从溢流口溢出，未能沉降的小颗粒沸石被溢流出水口处的过滤组件截留。

运行一段时间，在反应器的处理效果不能达标后，停止待处理水的进入，将脱氮槽中的再生液打入反应器中，浸泡一段时间后，再打回脱氮槽，用加药或电解的方法去除再生液中从沸石上解吸出的氨氮。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)由于反应器中截留层在流化状态下吸附氨氮的特点，传质充分，沸石的有效利用率高，吸附速率快，水力停留时间短，反应器体积小，设备结构简单，投资省，操作简单易于实现自动化；

(2)再生液浸泡已吸附沸石的方法属于固定床再生，此法所需的再生液体积较小，减少了设备投资和运行成本；

(3)体内再生、分开处理的设计既具备了体内再生方便快捷的优势，同时也能够在沸石不直接接触次氯酸钠等的情况下保持较好的处理效果，避免沸石结构被破坏，延长了沸石的使用寿命；

(4)利用电解NaCl产生NaClO的方法去除再生液中的氨氮，再生时通电制备NaClO，再生完NaClO又转化为NaCl，便于保存，克服了NaClO难以长期保存的困难，再生率高，运行管理方便，无二次污染问题。反应方程式如下：

电解NaCl：2NaCl+H₂O＝NaClO+NaCl+H₂↑ (1)

再生时：3NaClO+2NH₄⁺＝N₂↑+3H₂O+3NaCl+2H⁺ (2)。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中，1-进水阀门，2-进水口，3-截留层，4-出水过滤单元，5-溢流出水口，6-脱氮槽，7-再生液泵，8-再生液进水阀门，9-再生液出水阀门，10-流化吸附组件，11-沉降组件，12-再生组件，13-流化吸附层，14-扩径层，15-沉降层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

高效去除氨氮的流化床反应器，如图1所示，该反应器包括流化吸附组件10、沉降组件11和再生组件12。流化吸附组件10上设有进水阀门1、进水口2、截留层3和流化吸附层13，沉降组件11包括扩径层14和沉降层15，在沉降层15内设有出水过滤单元4及溢流出水口5，再生组件12包括脱氮槽6、再生液泵7、再生液进水阀门8、再生液出水口9；

利用该反应器处理氨氮废水的具体步骤如下：

吸附过程：打开进水阀门1、关闭再生液进水阀门8和再生液出水阀门9，待处理水从流化床底部的进水口2进入到流化吸附组件10，在一定的流速下，使截留层3的沸石达到流化状态(位于流化吸附层13位置)，氨氮被沸石充分吸附。此后待处理水进入沉降组件11的扩径层14，流速逐渐降低。当到达沉降层15时，其流速已低于沸石的临界流化速度，沸石开始沉降，上清液从溢流出水口5溢出，未能沉降的小颗粒沸石被出水过滤单元4(本实施例为过滤网，其目数为300)截留。

再生过程：打开再生液进水阀门8，关闭进水阀门1、再生液出水阀门9，将再生液通过再生液泵7，从脱氮槽6经再生液进水阀门8打入流化床，将沸石充分浸泡，一段时间再生完全后，打开再生液出水泵9，让再生液全部回流至脱氮槽6，通过电解或加药的方式去除再生液中的氨氮。

实施例2

利用实施例1描述的高效处理氨氮废水的反应器，吸附柱为高0.545m，内径0.0125m的圆柱体，填充沸石100g，沸石粒径0.3-0.5mm，临界流化速度0.0032m/s，静态沸石柱高19cm，待处理水样初始氨氮浓度为25.56mg/L，水样由进水口2进入流化床流化吸附组件10，流速0.01m/s，流化后沸石高度30cm，流化数3.29，水力停留时间52.8s。经过扩径层和沉降层后，水样中的沸石颗粒基本沉降，经出水过滤单元4和溢流出水口5后的出水氨氮浓度降低至0.45mg/L，去除率高达98.4％，运行60min后氨氮浓度超过8mg/L。此时关闭进水阀门1，停止吸附过程，打开再生液进水阀门8和再生液泵7，开始再生过程，再生液为10g/L的NaCl溶液，待再生液浸满沸石，30min后，打开再生液出水阀门，将再生液回流至脱氮槽6。再生过程完成后继续重复上述吸附过程，同时将脱氮槽6中的再生液电解，恒流2A，阳极为钛电极，阴极为钛电极镀二氧化铱，极板间距5cm，电解时间30min，残留氨氮不足1mg/L，去除率高达99％。

实施例2-1

与实施例2相比，绝大部分都相同，除了本实施例中，再生液为6g/L的NaCl溶液，再生时间为30min。再生液电解脱除氨氮时，极板间距为4cm，电解时间为30min，残留氨氮不足1.5mg，去除率高达98.5％。

实施例2-2

与实施例2相比，绝大部分都相同，除了本实施例中，再生液为15g/L的NaCl溶液，再生时间为30min。再生液电解脱除氨氮时，极板间距为6cm，电解时间为30min，残留氨氮不足1.5mg，去除率高达98％。

实施例3

利用实施例1描述的高效处理氨氮废水的反应器，吸附柱为高0.545m，内径0.0125m的圆柱体，填充沸石100g，沸石粒径0.3-0.5mm，临界流化速度0.0032m/s，静态沸石柱高19cm，待处理水样初始氨氮浓度为25.56mg/L，水样由进水口进入流化床流化吸附单元，流速0.01m/s，流化后沸石高度30cm，流化数3.29，水力停留时间52.8s。经过扩径层和沉降层后，水样中的沸石颗粒基本沉降，经出水过滤单元4和溢流出水口5后的出水氨氮浓度降低至0.45mg/L，去除率高达98.4％，运行60min后氨氮浓度超过8mg/L。此时关闭进水阀门1，停止吸附过程，打开再生液进水阀门8和再生液泵7，开始再生过程，再生液为10g/L的NaCl溶液，待再生液浸满沸石，30min后，打开再生液出水阀门，将再生液回流至脱氮槽。再生过程完成后继续重复上述吸附过程，同时向脱氮槽中按摩尔比Cl:N＝1:1.75投加次氯酸钠，残留氨氮不足1mg/L，去除率高达99％。

实施3-1

与实施例3相比，绝大部分都一样，除了本实施例中向脱氮槽中投加的次氯酸钠量满足：摩尔比Cl:N＝1:1.5。此时，再生液中残留氨氮不足1mg/L，去除率高达99％。

实施例3-2

与实施例3相比，绝大部分都一样，除了本实施例中向脱氮槽中投加的次氯酸钠量满足：摩尔比Cl:N＝1:2。此时，再生液中残留氨氮不足1mg/L，去除率高达99％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。