一种水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置的制作方法

本实用新型涉及一种水体脱氮装置，尤其是涉及一种水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置。

背景技术：

当前，国内外除去水体总氮的方法主要有物理法、物理化学法和生物法等多种。物理法如反渗透法、电容吸附法和电渗析法。物理化学法如离子交换法、吸附法。生物法主要是利用硝化菌和反硝化菌的作用，将氨氮硝化成硝态氮，硝态氮再经反硝菌作用还原成氮气。生物法主要有曝气生物滤池和反硝化深床滤池。尽管除去总氮的方法较多，但是真正运用于生产的基本是生物法。采用生物法就必须建设反硝化深床滤池或曝气生物滤池，而且在运行时还必须不断地补充碳源和曝气。反硝化深床滤池或曝气生物滤池是容积很大的构筑物，不仅占地面积较大，投资较多，而且运行费用较高，因此，急需一种运行成本低，脱除氨氮、硝态氮和有机氮效率高的装置和方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的不足，提供可将一个脱氮装置利用隔板将其分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池，在氨氮氧化池内采用氧化剂将氨氮氧化成氮气和水，或硝态氮和水，将有机物氧化成二氧化碳和水；在还原池内将硝态氮、亚硝态氮还原成氮气和水的水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置。

本实用新型设有壳体、氧化剂制造装置、池体和氢供应设备，在池体内设有隔离档板，所述隔离档板将池体分隔成氨氮氧化池和硝态氮还原池；所述氧化剂制造装置制造的氧化剂和污水通过阀门、污水与氧化剂进口和第1布水器进入氨氮氧化池，氨氮氧化池脱氨氮后的水体通过进水管和第2布水器进入硝态氮还原池，硝态氮还原池的净化水出口排出净化水；所述氢供应设备产生的氢气通过氢气输送管和氢气布气器送入硝态氮还原池，氨氮氧化池和硝态氮还原池的底部设有圆锥体形的污泥收集与排污装置，污泥从圆锥体形的污泥收集与排污装置排出污泥。

所述硝态氮还原池内还安装有提高氢还原硝态氮速率的催化剂层；催化剂层的厚度为1000～3000mm；催化剂层的安装位置位于氢气布气器上方500～1000mm处，用下支撑板和上支撑板将催化剂层固定。

所述水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置为圆柱体、长方体或正方体的一种，壳体采用钢板、铝板、铜板、钛板、pvc塑料、pe塑料、玻璃钢或混凝土制作而成，所述水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置从底部到顶部的高度为5000～15000mm，从底部到顶部的最佳高度为8500～11000mm。

所述氢供应设备包括氢贮存容器或氢制造装置，所述氢贮存容器或氢制造装置是商品氢气贮罐、电解氢氧化钾水溶液制氢装置、电解氢氧化钠水溶液制氢装置、电解水制氢装置或电解食盐水制氢装置中的一种。

所述氨氮氧化池的氧化剂进口分别与氧化剂制造装置相连。

所述氧化剂制造装置包括氧化剂制造装置或氧化剂贮罐，所述氧化剂制造装置可采用次氯酸钠发生器、次氯酸钾发生器、电解水制氧装置、臭氧发生器、羟基自由基发生器等中的一种；所述氧化剂贮罐可为双氧水贮罐、氧气贮罐等中的一种，用于供应氧化剂。

所述氨氮氧化池底部还安装有进水布水器，进水布水器安装于氨氮氧化池的底部200～500mm处。

以下给出采用本实用新型脱氮方法，具体步骤如下：

1)水体从氨氮氧化池底部的进水口经第1布水器进入氨氮氧化池底部，由下向上流动，水体中的氨氮在氨氮氧化池中与氧化剂反应，转化成氮气和水，或硝态氮和水；水体中的有机物与氧化剂反应，转化成二氧化碳和水；

2)经氨氮氧化池将氨氮氧化后的水体从氨氮氧化池顶部经过水管和安装于硝态氮还原池底部的第2布水器流入硝态氮还原池的底部，由下向上流动，在硝态氮还原池的水体中的硝态氮(no3^-)和亚硝态氮(no2^-)与氢气反应，转化成氮气和水。

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是次氯酸或者氧化剂制造装置是次氯酸钠发生器时，水体中氨转化氮气和盐酸，反应路线如下：

nh3+hocl—→nh2cl+h2o(一氯胺)

nh2cl+hocl—→nhcl2+h2o(二氯胺)

2nh2cl+hocl—→n2↑+3hcl+h2o

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是氧气或采用电解水制氧或臭氧时，水体中的氨被氧化成亚硝态和硝态氮，反应路线如下：

2nh4⁺+5o2—→2no3^-+4h2o

3nh4⁺+5o3—→3no3^-+6h2o

在氢还原池内，氢气与污水中的硝态氮或亚硝态氮反应，生成氮气和水，实现脱氮目的，反应路线如下：

no3^-+h2—→no2^-+h2o

2no2^-+8h2—→n2↑+4h2o。

与现有的反硝化脱氮装置比较，本实用新型具有如下显著优点：

1、出水水质好

本实用新型的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置设备的出水的总氮可以达到《地表水环境质量标准》gb3838-2002的总氮指标，水质好，可以作为再生水直接利用。

2、污水厂的已有设施不作任何拆除

采用氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置不需要改动现有污水厂现有工艺流程，现有设施和设备基本全部利用，不会造成原有投资浪费。

3、投资省

在污水厂的已有设施基础上仅增加氨氮和硝态氮一体脱氮装置设备，仅新增加投资400～600万元/万吨，与反硝化滤池对比，投资至少减少200万元/万吨，投资省25％。

4、颠覆现有脱氮技术，运行费用低

目前，国内外对污水进行深度脱氮，只有生物脱氮一种工艺，设施包括反硝化滤池、曝气生物滤池等，不仅占地面较大，投资较多，而且整个运行过程中，需要不断补充炭源(主要是甲醇或乙酸钠)，每降低1mg/l氮，仅药剂费约0.03元，运行费用高，且控制难度大。本实用新型的氨氮和硝态氮一体脱氮装置脱氮除了设备外，不需要任何设备，也不需要任何化学药剂，且每降低1mg/l氮，仅需要0.02度电，电费约0.013元，运行费用只有生物法的一半，是一种颠覆性的脱氮技术。

5、占地少

氨氮和硝态氮一体脱氮装置设备占地约为40～80m²/万吨，而生物滤池的占地约300m²/万吨，占地仅为生物法的四分之一至六分之一，占地少。

6、不用化学药剂，绿色环保

氨氮和硝态氮一体脱氮装置除了用电之外，不用任何化学药剂，绿色环保。

7、操作简便，易于控制

采用反硝化滤池脱氮时，不仅与滤池温度等操作条件有关，还要不断补充炭源，定时反洗和曝气操作时，控制因素较多，而采用氨氮和硝态氮一体脱氮装置只要控制电量一个因素。因此，操作简便，易于控制。

8、破解了生物法低温脱氮效果差的难题

除本实用新型的电解脱氮技术外，目前，国内外只有生物脱氮一种工艺，设施包括反硝化深床滤池、暴气生物滤池、反硝化深床滤池等，但是，生物脱氮在水温小于15℃时，其对氨氮和总氮的去除效果明显下降，导致污水处理厂冬季运行时，氨氮指标和总氮指标不合格。本实用新型处理污水时，在水温5～15℃时，对氨氮的去除率为50％～99％；在水温10～15℃时，对总氮的去除率为30％～80％。这样就破解了生物法低温脱氮效果差的难题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型实施例设有壳体、氧化剂制造装置1、池体2和氢供应设备3，在池体2内设有隔离档板，所述隔离档板将池体2分隔成氨氮氧化池ⅰ和硝态氮还原池ⅱ；所述氧化剂制造装置1制造的氧化剂和污水a通过阀门1-1、污水与氧化剂进口1-2和第1布水器1-3进入氨氮氧化池ⅰ，氨氮氧化池ⅰ的去除氨氮后的水体通过进水管2-1和第2布水器2-2进入硝态氮还原池ⅱ，硝态氮还原池ⅱ的净化水出口2-5排出净化水b；所述氢供应设备3贮存或制造的氢气h通过氢气输送管2-3和氢气布气器2-4送入硝态氮还原池ⅱ，氨氮氧化池ⅰ和硝态氮还原池ⅱ的底部设有圆锥体形的污泥收集与排污装置2-9，污泥从圆锥体形的污泥收集与排污装置2-9排出污泥23。

所述硝态氮还原池内还安装有提高氢还原硝态氮速率的催化剂层2-7；催化剂层2-7的厚度为1000～3000mm；催化剂层2-7的安装位置位于氢气布气器2-4上方500～1000mm处，用下支撑板2-6和上支撑板2-8将催化剂层2-7固定。

所述水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置为圆柱体、长方体或正方体的一种，壳体采用钢板、铝板、铜板、钛板、pvc塑料、pe塑料、玻璃钢或混凝土制作而成，所述水体的氨氮氧化和硝态氮还原一体化脱氮装置从底部到顶部的高度为5000～15000mm，从底部到顶部的最佳高度为8500～11000mm。

所述氢供应设备3可采用商品氢气贮罐、电解氢氧化钾水溶液制氢装置、电解氢氧化钠水溶液制氢装置、电解水制氢装置或电解食盐水制氢装置(次氯酸钠发生器)等中的一种。

所述氨氮氧化池的氧化剂进口分别与氧化剂制造装置或氧化剂贮罐相连。

所述氧化剂制造装置1可采用次氯酸钠发生器、次氯酸钾发生器、电解水制氧装置、臭氧发生器、羟基自由基发生器等中的一种。

所述氧化剂贮罐可为双氧水贮罐、氧气贮罐中的一种，用于供应氧化剂。

所述氨氮氧化池底部还安装有进水布水器，进水布水器安装于氨氮氧化池的底部200～500mm处。

以下给出采用本实用新型的脱氮方法，具体步骤如下：

1)水体从氨氮氧化池ⅰ底部的进水口经第1布水器进入氨氮氧化池ⅰ底部，由下向上流动，水体中的氨氮在氨氮氧化池中与氧化剂反应，转化成氮气和水；水体中的有机物与氧化剂反应，转化成二氧化碳和水；

2)经氨氮氧化池ⅰ将氨氮氧化后的水体从氨氮氧化池ⅰ的顶部经过水管和安装于硝态氮还原池ⅱ底部的第2布水器流入硝态氮还原池ⅰ的底部，由下向上流动，在硝态氮还原池ⅱ的水体中的硝态氮(no3^-)和亚硝态氮(no2^-)与氢气反应，转化成氮气和水。

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是次氯酸或者氧化剂制备装置是次氯酸钠发生器时，水体中氨转化氮气和盐酸，反应路线如下：

nh3+hocl—→nh2cl+h2o(一氯胺)

nh2cl+hocl—→nhcl2+h2o(二氯胺)

2nh2cl+hocl—→n2↑+3hcl+h2o

在氨氮氧化池内，如果加入的氧化剂是氧气或采用电解水制氧或臭氧时，水体中的氨被氧化成亚硝态和硝态氮，反应路线如下：

2nh4⁺+5o2—→2no3^-+4h2o

3nh4⁺+5o3—→3no3^-+6h2o

在氢还原池内，氢气与污水中的硝态氮或亚硝态氮反应，生成氮气和水，实现脱氮目的，反应路线如下：

no3^-+h2—→no2^-+h2o

2no2^-+8h2—→n2↑+4h2o。