一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器。反应器从下到上设布水布气区、第一反应区、第二反应区和三相分离区。布水布气区设气体回流口、布水布气反射板和进水管，第一反应区设还原性铁盐填充区、第一厌氧铁氧化脱氮区和缓冲区，第二反应区设碳酸钙填充区和第二厌氧铁氧化脱氮区，三相分离区设气体收集区、压力平衡管、释气口、沉淀区、溢流堰和出水口等。本实用新型通过在两级厌氧铁氧化脱氮区中间串联碳酸钙填充区，实现碱度自调节，脱氮效率高；碳酸钙溶解为生物脱氮提供无机碳源，外加药剂少；通过回流酸性反应液溶解廉价铁屑等还原性铁盐，为生物脱氮提供铁基质，以废治废；回流反应产气，强化传质，防止填料堵塞和污泥板结。
【专利说明】
一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及自养脱氮反应器，尤其涉及一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器。
【背景技术】
[0002]地下水是一种有限的淡水资源，全世界有数十亿人以地下水为饮用水源。由于工农业废水、生活污水、固体废弃物等的排放及渗漏，地下水污染日趋严重。据《2014年中国环境状况公报》，在全国202个地级及以上城市4896个地下水水质监测点中，水质为较差级和极差级的监测点比例高达61.5%，其中“三氮”污染尤为突出，亟待治理。
[0003]反硝化菌是生物修复地下水硝酸盐污染的功能之源。由于地下水中有机物含量很少，对于这类低C:N比污染水，传统脱氮菌(异养反硝化菌)无能为力，这是因为反硝化过程需要电子供体，通常由有机物提供。为提高反硝化脱氮活性，往往需外加有机物，不仅增加了修复成本，且易引起二次污染，带来饮水安全隐患。因此，自养脱氮工艺开发迫在眉睫。
[0004]铁盐是地下水污染治理中应用最广的化学剂(包括零价铁和二价铁矿物等)。在无氧条件下，以低价态铁盐还原硝酸盐生成三价铁和氮气的生物反应，即硝酸盐型厌氧铁氧化(nitrate-dependent anaerobic iron oxidat1n，NA10)。利用ΝΑΙ0，可破解地下水生物原位脱氮技术碳源不足的难题。
[0005]Fe/Fe (11 )+N03—+feO—Fe (OH) 3+N2+HCO3—+H+
[0006]由该反应式知，NF1过程可产生H+使反应后溶液呈酸性，不仅抑制了嗜中性NA1微生物的脱氮活性，且易导致处理地下水不能达标排放。因此有必要对厌氧铁氧化脱氮过程进行碱度调节。
[0007]本实用新型提供了一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，在装置内设置两级NA1反应区，利用第一级NA1脱氮后呈酸性的溶液，溶解第二反应区的碳酸钙，不仅能够调节溶液碱度，而且为第二级NA1自养脱氮提供无机碳源(CO2)。同时，回流第一级NA1脱氮后呈酸性的溶液，将廉价还原性铁盐(铁肩/铁渣等常见工业废弃物)溶解，为NA1脱氮过程提供基质(电子供体)。最终，实现厌氧铁氧化过程的碱度自调控和高效脱氮。
[0008]由上述设计原理可知，本实用新型涉及的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，一方面可实现NA1反应过程的碱度自调节，提高脱氮效率;另一方面可自产NA1反应所需基质(电子供体和碳源等)，增强脱氮经济性，推动了NA1自养生物脱氮技术的研发。
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器。
[0010]一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，反应器从下到上依次设有布水布气区、第一反应区、第二反应区和三相分离区；
[0011]所述的布水布气区自下到上设有排渣管、气体回流口、布水布气反射板和喇叭口；喇叭口与中心管直接相连，中心管位于沿反应器轴向布置，中心管上部设有进水管；
[0012]第一反应区通过还原性铁盐填充区与布水布气区贯通，还原性铁盐填充区顶部设有第一柱盘式升流布水器，第一柱盘式升流布水器与第一厌氧铁氧化脱氮区直接相连，第一厌氧铁氧化脱氮区顶部设有缓冲区，缓冲区中部设有液体回流管；
[0013]第二反应区通过碳酸钙填充区与第一反应区的缓冲区贯通，碳酸钙填充区顶部设有第二柱盘式升流布水器，第一柱盘式升流布水器与第二厌氧铁氧化脱氮区直接相连；
[0014]三相分离区通过第二厌氧铁氧化脱氮区顶部与第二反应区贯通，三相分离区由内向外依此设有中心管上段、气体收集区和沉淀区，气体收集区和沉淀区通过挡泥板分隔，气体收集区顶部设有密封盖，密封盖上设有气体收集管，气体收集管与气体回流管相连，气体回流管通过气体回流口与布水布气区贯通;气体收集区上部设有气压平衡管，气压平衡管中部设有释气口 ；沉淀区下部设有污泥排放管，沉淀区上部设有溢流堰和出水口。
[0015]所述的第一反应区、第二反应区和三相分离区的体积比为1.0:1.0:1.0?2.0。所述的中心管、第一反应区、第二反应区的截面积比例为1/20?1/40:1.0:1.0。所述的进水管位于中心管上段1/5?1/4处，所述的气压平衡管位于气体收集区上部1/9?1/10处，且高于出水管水平位置。所述的气体回流口位于布水布气区下部1/4?1/3处，布水布气反射板位于布水布气区中部，且位于气体回流口正上方。所述的液体回流管位于缓冲区中部，液体回流管回流流量与进水管进水流量比例为0.5?2.5。所述的布水布气区底部倾角α为55°，布水布气反射板为菱形，夹角β为34°，三相分离区底部倾角γ为55°，挡泥板下端倾角δ为150。。
[0016]本实用新型与现有技术相比的有益效果是:I)反应器由布水布气区、第一反应区、第二反应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)通过碳酸钙填充区与第一反应区的串联设置，反应后的酸性溶液得到中和，实现碱度调节，脱氮效率提高;3)通过第一反应区后的酸性反应溶液溶解碳酸钙，为第二反应区提供无机碳源，外加药剂量减少;4)通过回流第一反应区后的酸性反应溶液溶解廉价的铁肩/铁渣等还原性铁盐，为厌氧铁氧化生物脱氮过程提供铁盐基质，以废治废。5)通过收集并回流反应产生的气体，可强化反应传质，防止填料堵塞和生物污泥板结等。
【附图说明】
[0017]图1是一种碱度自调控厌氧铁氧化脱氮反应器结构剖面图；
[0018]图2是一种碱度自调控厌氧铁氧化脱氮反应器结构俯视图；
[0019]图3是一种碱度自调控厌氧铁氧化脱氮反应器结构A-A截面图；
[0020]图4是一种碱度自调控厌氧铁氧化脱氮反应器结构B-B截面图；
[0021]图中:布水布气区1、第一反应区I1、第二反应区II1、三相分离区IV;排渣管1、气体回流口 2、布水布气反射板3、进水管4、中心管5、喇叭口 6、还原性铁盐填充区7、第一柱盘式升流布水器8、第一厌氧铁氧化脱氮区9、缓冲区10、液体回流管11、碳酸钙填充区12、第二柱盘式升流布水器13、第二厌氧铁氧化脱氮区14、污泥排放管15、挡泥板16、气体收集区17、密封板18、气体收集管19、气体回流管20、压力平衡管21、释气口 22、沉淀区23、溢流堰24、出水□ 25。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步阐述。
[0023]如图1、2、3和4所示，一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，反应器从下到上依次设有布水布气区1、第一反应区I1、第二反应区III和三相分离区IV。四个分区中具体结构如下:
[0024]布水布气区I自下到上设有排渣管1、气体回流口 2、布水布气反射板3和喇叭口 6 ；喇叭口6与中心管5直接相连，中心管5位于沿反应器轴向布置，贯通四个分区，中心管5上部连通进水管4。
[0025]第一反应区II通过填充有还原性铁盐的还原性铁盐填充区7与布水布气区I贯通，还原性铁盐填充区7顶部设有第一柱盘式升流布水器8，第一柱盘式升流布水器8与第一厌氧铁氧化脱氮区9直接相连，第一厌氧铁氧化脱氮区9顶部设有缓冲区10，缓冲区10中部设有液体回流管11。
[0026]第二反应区III通过填充有碳酸钙的碳酸钙填充区12与第一反应区II的缓冲区10贯通，碳酸钙填充区12顶部设有第二柱盘式升流布水器13，第一柱盘式升流布水器13与第二厌氧铁氧化脱氮区14直接相连。
[0027]三相分离区IV通过第二厌氧铁氧化脱氮区14顶部与第二反应区III贯通，三相分离区IV由内向外依此设有中心管5上段、气体收集区17和沉淀区23，气体收集区17和沉淀区23通过挡泥板16分隔，气体收集区17顶部设有密封盖18，密封盖18上设有气体收集管19，气体收集管19与气体回流管20相连，气体回流管20通过气体回流口 2与布水布气区I贯通;气体收集区17上部设有气压平衡管21，气压平衡管21中部设有释气口 22，气压平衡管21上通过压力阀等元件实现压力保护，当装置内压力过大时可释放部分气体。沉淀区23下部设有污泥排放管15，沉淀区23上部设有溢流堰24和出水口 25。
[0028]所述的第一反应区I1、第二反应区III和三相分离区IV的体积比为1.0:1.0:1.0?
2.0。
[0029]所述的中心管5、第一反应区I1、第二反应区III的截面积比例为1/20?1/40:1.0:
1.0。
[0030]所述的进水管4位于中心管5上段1/5?1/4处，所述的气压平衡管21位于气体收集区17上部1/9?1/10处，且高于出水管25水平位置。
[0031]所述的气体回流口 2位于布水布气区I下部1/4?1/3处，布水布气反射板3位于布水布气区I中部，且位于气体回流口 2正上方。
[0032]所述的液体回流管11位于缓冲区10中部，液体回流管11回流流量与进水管4进水流量比例为0.5?2.5。
[0033]所述的布水布气区I底部倾角α为55°，布水布气反射板3为菱形，夹角β为34°，三相分离区IV底部倾角γ为55°，挡泥板16下端倾角δ为150°。
[0034]上述反应器可由PVC板和钢板制作。基于该装置的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮方法，步骤如下:含硝氮的废水与经液体回流管11回流第一反应区II反应后的反应液(呈酸性)混合后，由进水管4进入反应器;混合液(呈酸性)由中心管5及其底部的喇叭口 6进入布水布气区I，经过布水布气反射板3布水后向上进入还原性铁盐填充区7，将内部填充的铁肩/铁渣还原性铁材料溶解;含溶解性铁盐的废水经第一柱盘式升流布水器8进入第一反应区9进行生物脱氮;脱氮后的废水(呈酸性)进入缓冲区10，一部分经液体回流管11回流，另一部分进入碳酸钙填充区12，与碳酸钙发生中和反应，一方面溶液碱度得到提高，另一方面产生⑶2，气水混合物经第二柱盘式升流布水器13进入第二反应区14进行二级生物脱氮;反应后的固液气混合物进入三相分离区IV，被分离为气体和固液混合物;其中，气体含NdPCO2由气体收集区17收集后，经气体收集口 19进入气体回流管20，并回流至布水布气区I，再由气体回流口2释放和布水布气反射板3布气后随反应液进入第一反应区；当气体收集区17内积累过量气体时，气体经压力平衡管21由释气口 22排入大气；固液混合物经沉淀区23进行固液分离，液体由溢流堰24和出水口 25排出反应器，固体由污泥排放管15排出反应器。
【主权项】
1.一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:反应器从下到上依次设有布水布气区(I)、第一反应区(II)、第二反应区(III)和三相分离区(IV); 所述的布水布气区(I)自下到上设有排渣管(I)、气体回流口(2)、布水布气反射板(3)和喇叭口( 6);喇叭口( 6)与中心管(5)直接相连，中心管(5)位于沿反应器轴向布置，中心管(5)上部设有进水管(4)； 第一反应区(II)通过还原性铁盐填充区(7)与布水布气区(I)贯通，还原性铁盐填充区(7)顶部设有第一柱盘式升流布水器(8)，第一柱盘式升流布水器(8)与第一厌氧铁氧化脱氮区(9)直接相连，第一厌氧铁氧化脱氮区(9)顶部设有缓冲区(10)，缓冲区(10)中部设有液体回流管(11); 第二反应区(III)通过碳酸钙填充区(12)与第一反应区(II)的缓冲区(10)贯通，碳酸钙填充区(12)顶部设有第二柱盘式升流布水器(13)，第一柱盘式升流布水器(13)与第二厌氧铁氧化脱氮区(14)直接相连； 三相分离区(IV)通过第二厌氧铁氧化脱氮区(14)顶部与第二反应区(III)贯通，三相分离区(IV)由内向外依此设有中心管(5)上段、气体收集区(17)和沉淀区(23)，气体收集区(17)和沉淀区(23)通过挡泥板(16)分隔，气体收集区(17)顶部设有密封盖(18)，密封盖(18)上设有气体收集管(19)，气体收集管(19)与气体回流管(20)相连，气体回流管(20)通过气体回流口(2)与布水布气区(I)贯通;气体收集区(17)上部设有气压平衡管(21)，气压平衡管(21)中部设有释气口(22);沉淀区(23)下部设有污泥排放管(15)，沉淀区(23)上部设有溢流堰(24)和出水口( 25)。2.根据权利要求1所述的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:所述的第一反应区(II)、第二反应区(III)和三相分离区(IV)的体积比为1.0: 1.0: 1.0?2.0。3.根据权利要求1所述的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:所述的中心管(5)、第一反应区(II)、第二反应区(III)的截面积比例为1/20?1/40:1.0:1.0。4.根据权利要求1所述的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:所述的进水管(4)位于中心管(5)上段1/5?1/4处，所述的气压平衡管(21)位于气体收集区(17)上部1/9?1/10处，且高于出水口(25)水平位置。5.根据权利要求1所述的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:所述的气体回流口(2)位于布水布气区(I)下部1/4?1/3处，布水布气反射板(3)位于布水布气区(I)中部，且位于气体回流口(2)正上方。6.根据权利要求1所述的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:所述的液体回流管(11)位于缓冲区(10)中部，液体回流管(11)回流流量与进水管(4)进水流量比例为0.5?2.5。7.根据权利要求1所述的一种碱度自调控的高效厌氧铁氧化脱氮反应器，其特征在于:所述的布水布气区(I)底部倾角α为55°，布水布气反射板(3)为菱形，夹角β为34°，三相分离区(IV)底部倾角γ为55°，挡泥板(16)下端倾角δ为150°。
【文档编号】C02F9/14GK205635260SQ201620332576
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】郑平, 张萌, 李旖瑜, 张朱谷承, 闻舒娴, 陆慧锋
【申请人】浙江艾摩柯斯环境科技有限公司