CN111977789A - 一种稀土矿废水的高速脱氮装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种稀土矿废水的高速脱氮装置及其使用方法，涉及一种稀土矿废水的处理装置及其使用方法。本发明是要解决现有的稀土矿废水处理方法成本较高，反应速率较慢的技术问题。本发明提出耦合内源性反硝化、部分硝化和厌氧氨氧化技术，在工艺上实现以内源性反硝化为第一工段、部分硝化为第二工段和厌氧氨氧化为第三工段为流程的反应器以实现酸性稀土矿废水的高速脱氮。由于本发明采取的是部分硝化，大大的节约了污水处理时间。在实际工艺中，由于采取的均是短程工艺以及几乎不耗能的厌氧氨氧化工艺，所以物料成本也是大大的减少。本发明的方法氮的去除率可以达到95％～99％。本发明的方法应用于处理稀土矿废水。
Description
技术领域
本发明涉及一种稀土矿废水的处理装置及其使用方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，矿产资源被开发得十分巨大，由于采矿规模的大幅度增加，导致环境问题日益严重。其中一个较为严重的便是酸性矿山排水，由于采矿技术本身的问题再加上环境风化问题，导致矿山排水的理化性质极为恶劣，对环境产生了极为恶劣的影响。由于其较低的pH(一般都小于3)、较高的氮浓度、极低的C/N比导致所流经的区域几乎没有生命活动，长期以往不仅仅影响地表水，对地下水的影响也十分巨大，对农作物、动物的伤害不可估量。而废水中的金属离子也被浪费，某些矿山排水中还含有具有战略价值的金属，这从某种意义上来说也是一种资源浪费。
目前很多矿山尾水处理站至今还采用传统的加碱沉淀、硝化反硝化工艺。废水进入处理站后第一步通过投加Ca(OH)2以沉淀SO4 2-、金属离子并且将pH调节至8；经加碱调节后的水经过粗格栅、细格栅后进入硝化池，通过微生物的硝化作用将NH4 +(氨氮)氧化成NO3 -(硝氮)；待所有的NH4 +(氨态氮)被氧化成NO3 -(硝酸盐氮)后，废水进入下一段工序(反硝化工序)，通过投加有机碳源使得反硝化菌利用这些有机碳源从事反硝化脱氮工作。其在回收资源效果不佳的情况下，需要付出极大的资源来进行脱氮处理。现有的技术存在成本巨大这一无法回避的问题。成本巨大的原因主要分为：投加碳源的经济成本、速率较慢的时间成本而导致的占地面积大。对于脱氮这一事项来说，传统的污水处理站采用的是全程硝化反硝化技术，在全程反应脱氮的过程中需要投加大量的无机碳源(常见的为：碳酸钠、碳酸氢钠等)、有机碳源(常见的为甲醇)，仅仅考虑这一成本就是十分巨大的。再深层次的剖析一下全程硝化反硝化，其反应速率是比较慢的，那就意味着处理同等规模的废水，其需要的建设用地面积将十分巨大。
发明内容
本发明是要解决现有的稀土矿废水处理方法成本较高，反应速率较慢的技术问题，而提供一种稀土矿废水的高速脱氮装置及其使用方法。
本发明的稀土矿废水的高速脱氮装置是由箱体2、进水管3、隔板4、第一排泥管8、挡泥板10、第二排泥管11、集泥斗12、三相分离器13、三角堰14、第一排气管15、固定板16、折流板17、第二排气管18、溶解氧传感器19、下固定杆20、上固定杆21、细格栅22、第一集泥板23和第二集泥板24组成；
所述的箱体2的一个侧壁的下部设置进水管3，进水管3与箱体2的内部连通；所述的箱体2的内部底面上沿着较长边的方向均匀固定4个隔板4，4个隔板4均为竖直设置， 4个隔板4等高，4个隔板4的两侧均固定在箱体2的内壁上，且隔板4的上表面与箱体 2的内部顶壁留有空隙，隔板4与进水管3所在的箱体2侧壁平行；箱体2的内部被4个隔板4分为5个反应区，按顺序依次为第一反应区1、第二反应区5、第三反应区6、第四反应区7和第五反应区9，进水管3设置在第一反应区1中；第一反应区1、第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7的底部均比第五反应区9的底部浅；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7的上壁各设置一个折流板17，折流板17的下端与箱体1的底面留有空隙；在5个反应区的高度中点处各设置一个取样口2-1，取样口2-1上设置阀门；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7内，取样口2-1位于折流板17远离进水管3的一侧；在每个反应区的外壁顶部各设置一个第二排气管18，第二排气管18的进气口与箱体2的内部连通，第二排气管18的出气口浸没在水中；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7内，第二排气管18位于折流板17远离进水管3的一侧；在第二反应区5和第三反应区6的顶部各设置一个溶解氧传感器19，溶解氧传感器19的探头进入到箱体2的内部，溶解氧传感器19位于折流板17远离进水管3的一侧；
在第五反应区9的内部顶部设置固定板16，固定板16与隔板4平行，固定板16的两侧均固定在箱体2的内壁上，且固定板16的下表面与箱体2的底面留有空隙；在第五反应区9的内，取样口2-1位于固定板16远离进水管3的一侧；在第五反应区9的一个侧壁下部设置第二排泥管11，第二排泥管11所在的侧壁与固定板16平行；在第二排泥管11所在的侧壁与固定板16之间水平设置下固定杆20和上固定杆21，下固定杆20位于上固定杆21的正下方，下固定杆20和上固定杆21平行设置，下固定杆20与固定板 16垂直；下固定杆20和上固定杆21的两端均分别固定在第二排泥管11所在的侧壁上与固定板16上；在下固定杆20和上固定杆21之间固定多个挡泥板10，挡泥板10为平板，所有的挡泥板10均平行设置，挡泥板10的上下两个侧壁分别固定在上固定杆21和上固定杆21；挡泥板10最上方的边与上固定杆21垂直，挡泥板10与上固定杆21的夹角为锐角；挡泥板10的两个侧边与箱体2的侧壁留有空隙；在上固定杆21的上方设置第一集泥斗12，第一集泥斗12的竖直截面为V形，集泥斗12的两端分别固定在箱体2的两个侧壁上，集泥斗12的底部水平设置第一排泥管8，第一排泥管8与集泥斗12的内部底端连通，第一排泥管8的另一端设置在箱体2的外部；在集泥斗12的正上方设置第一集泥板23和第二集泥板24，第一集泥板23和第二集泥板24等高且对称设置，第一集泥板23 的上端固定在固定板16上，第二集泥板24的上端固定在第二排泥管11所在的侧壁上，第一集泥板23和第二集泥板24均为从上至下逐渐向对方靠近，第一集泥板23的下端和第二集泥板24的下端之间留有间隙，第一集泥板23和第二集泥板24的两个侧边均固定在箱体2的侧壁上；在第一集泥板23和第二集泥板24的正上方设置三相分离器13，三相分离器13的截面为倒V形，三相分离器13的两端均固定在箱体2的内壁上，三相分离器13的顶部设置第一排气管15，第一排气管15的底端与三相分离器13的内部连通，第一排气管15的顶部设置在箱体2的外部，三相分离器13的内部水平固定一个细格栅 22；第二排泥管11所在的侧壁上部设置三角堰14。
本发明的稀土矿废水的高速脱氮装置的使用方法为：
一、向第一反应区1中加入厌氧氨氧化菌和内源性反硝化细菌，其中厌氧氨氧化菌占总细菌数的45％～55％；向第二反应区5和第三反应区6中加入氨氧化细菌；向第四反应区7和第五反应区9中厌氧氨氧化菌；
二、然后将待处理的稀土矿废水通过进水管3进入第一反应区1中，水位低于隔板4，通过取样口2-1取样进行测试，当水中的硝氮和COD均小于10mg/L时，继续进水使得废水进入第二反应区5和第三反应区6中；通过两个溶解氧传感器19分别检测第二反应区5和第三反应区6中水的溶解氧，通过取样口2-1取样进行测试，当第二反应区5和第三反应区6中水的溶解氧均小于等于0.5mg/L且NH4 +与NO2 -的摩尔比为1:(1.3～1.5)时，继续进水使得废水进入第四反应区7和第五反应区9中进行厌氧氨氧化脱氮，停止进水，静置3.5h～4.5h，最后处理后的污水从三角堰14中排出。
本发明中排泥的过程：当水入第五反应区9的时候，由于细菌的存在，会存在一些污泥状的物体，在出水的时候，会先经过挡泥板10从而截留部分的污泥，在经过曲折的途径进入集泥斗12会再次截留部分污泥，这个时候已经截留了很大一部分的污泥了，截留的污泥经第一排泥管8进行排泥，随后携带较少量的污泥的水流进入三相分离器13，细格栅22会截留部分污泥，在三角堰14的截留的时候，出水达到国家允许的排放标准。
本发明中排气的过程：由于第一反应区1、第四反应区7和第五反应区9均会产生大量的气，但是这大量的气会造成局部压力过高导致局部的微小的水的流动，本发明将第二排气管18的出气口浸没在水中(这个水是箱体2之外的水)，当压力过高时会自动向水中排气，而又不会向箱体2中进气，形成了自动排气，而且只能向箱体2外部排气。
本发明提出耦合内源性反硝化、部分硝化和厌氧氨氧化技术在工艺上实现以内源性反硝化为第一工段、部分硝化为第二工段和厌氧氨氧化为第三工段为流程的反应器以实现酸性稀土矿废水的高速脱氮。内源性反硝化即第一个工段主要是以厌氧氨氧化菌为核心再加上一些杂菌组成的混合菌吸收进水的COD变成自身内部糖原，将进水的NO3 -(硝氮)反硝化成NO2 -(亚硝氮)进而发生厌氧氨氧化反应以实验降解进水的COD、硝氮以及部分的氨氮，这一工段是在第一反应区1中进行的；部分硝化即第二工段是以氨氧化细菌为主体的混合菌将一工段未反应完的NH4 +(氨氮)通过部分硝化作用成NO2 -(亚硝氮)为第三个工段提供合适比例的反应物(NH4 +(氨氮)和NO2 -(亚硝氮))，这一工段是在第二反应区5和第三反应区6中进行的；厌氧氨氧化即第三工段是以厌氧氨氧化为主体的混合菌将第二工段输送来的合适比例的NH4 +(氨氮)和NO2 -(亚硝氮)进行厌氧氨氧化过程以实现脱氮，这一工段是在第四反应区7和第五反应区9中进行的。
整体上，本发明的装置分为五个小的反应区，水流从第一反应区1的下方的进水管3 进入反应器，升流至第一反应区1的顶部，水流升至第一反应区1的顶部时会下流至第二反应区5，再随后被折流板17挡住，在第二反应区5的后半段水升流至第二反应区5的顶部，水流如此反复的在五个反应区内折流最后形成平流，这样子会大大的改善水的传质效果。本发明在第一反应区1实现内源性反硝化，以脱去进水中的全部的NO3 -(硝氮) 以及部分的NH4 +(氨氮)，随后在第二反应区5和第三反应区6中将剩下的NH4 +(氨氮)部分硝化成NO2 -(亚硝氮)，此时NH4 +(氨氮):NO2 -(亚硝氮)摩尔比为1:1.32，达到这一理想比例的污水进入第四反应区7和第五反应区9进行厌氧氨氧化脱氮。
本发明的优点：
1、全过程实现高速脱氮：本发明借助厌氧折流板模型的较为先进的工艺；在传统的活性污泥中，一般采取的是全程硝化(即：NH4 +(氨氮)硝化成NO2 -(亚硝氮)，NO2 -(亚硝氮)硝化成NO3 -(硝氮))，而本发明采取的是部分硝化，(即：NH4 +(氨氮)硝化成NO2 -(亚硝氮))直接省去一步，这样大大的节约了污水处理时间。而传统工艺中的全程反硝化与本发明的厌氧氨氧化的区别是毋庸置疑的，厌氧氨氧化的速率大大的超过了全程反硝化，对比这两种工艺，在对氧气、无机碳源的需求上，后者比前者将节省几近40％；全程反硝化需要额外投加有机碳源(例如甲醇、醋酸钠等)，厌氧氨氧化几乎不需要碳源便可实现，前者需要投加有机碳源、后者几乎不需碳源，成本高下立见；
2、节约成本：在高速脱氮这一优点的前提，显而易见的是时间成本大大的被节约，在实际工艺中，由于采取的均是短程工艺以及几乎不耗能的厌氧氨氧化工艺，物料成本这也是大大的被减少；本发明的方法氮的去除率95％～99％。
经过本发明的方法处理后的稀土矿废水达到稀土工业污染物排放标准(GB26451-2011)。
附图说明
图1为具体实施方式一的稀土矿废水的高速脱氮装置的主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的右视图；
图4为图1中三相分离器13的俯视图；
图5为图1中集泥斗12的右视图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种稀土矿废水的高速脱氮装置，如图1-图5所示，具体是由箱体2、进水管3、隔板4、第一排泥管8、挡泥板10、第二排泥管11、集泥斗 12、三相分离器13、三角堰14、第一排气管15、固定板16、折流板17、第二排气管18、溶解氧传感器19、下固定杆20、上固定杆21、细格栅22、第一集泥板23和第二集泥板 24组成；
所述的箱体2的一个侧壁的下部设置进水管3，进水管3与箱体2的内部连通；所述的箱体2的内部底面上沿着较长边的方向均匀固定4个隔板4，4个隔板4均为竖直设置， 4个隔板4等高，4个隔板4的两侧均固定在箱体2的内壁上，且隔板4的上表面与箱体 2的内部顶壁留有空隙，隔板4与进水管3所在的箱体2侧壁平行；箱体2的内部被4个隔板4分为5个反应区，按顺序依次为第一反应区1、第二反应区5、第三反应区6、第四反应区7和第五反应区9，进水管3设置在第一反应区1中；第一反应区1、第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7的底部均比第五反应区9的底部浅；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7的上壁各设置一个折流板17，折流板17的下端与箱体1的底面留有空隙；在5个反应区的高度中点处各设置一个取样口2-1，取样口2-1上设置阀门；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7内，取样口2-1位于折流板17远离进水管3的一侧；在每个反应区的外壁顶部各设置一个第二排气管18，第二排气管18的进气口与箱体2的内部连通，第二排气管18的出气口浸没在水中；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7内，第二排气管18位于折流板17远离进水管3的一侧；在第二反应区5和第三反应区6的顶部各设置一个溶解氧传感器19，溶解氧传感器19的探头进入到箱体2的内部，溶解氧传感器19位于折流板17远离进水管3的一侧；
在第五反应区9的内部顶部设置固定板16，固定板16与隔板4平行，固定板16的两侧均固定在箱体2的内壁上，且固定板16的下表面与箱体2的底面留有空隙；在第五反应区9的内，取样口2-1位于固定板16远离进水管3的一侧；在第五反应区9的一个侧壁下部设置第二排泥管11，第二排泥管11所在的侧壁与固定板16平行；在第二排泥管11所在的侧壁与固定板16之间水平设置下固定杆20和上固定杆21，下固定杆20位于上固定杆21的正下方，下固定杆20和上固定杆21平行设置，下固定杆20与固定板 16垂直；下固定杆20和上固定杆21的两端均分别固定在第二排泥管11所在的侧壁上与固定板16上；在下固定杆20和上固定杆21之间固定多个挡泥板10，挡泥板10为平板，所有的挡泥板10均平行设置，挡泥板10的上下两个侧壁分别固定在上固定杆21和上固定杆21；挡泥板10最上方的边与上固定杆21垂直，挡泥板10与上固定杆21的夹角为锐角；挡泥板10的两个侧边与箱体2的侧壁留有空隙；在上固定杆21的上方设置第一集泥斗12，第一集泥斗12的竖直截面为V形，集泥斗12的两端分别固定在箱体2的两个侧壁上，集泥斗12的底部水平设置第一排泥管8，第一排泥管8与集泥斗12的内部底端连通，第一排泥管8的另一端设置在箱体2的外部；在集泥斗12的正上方设置第一集泥板23和第二集泥板24，第一集泥板23和第二集泥板24等高且对称设置，第一集泥板23 的上端固定在固定板16上，第二集泥板24的上端固定在第二排泥管11所在的侧壁上，第一集泥板23和第二集泥板24均为从上至下逐渐向对方靠近，第一集泥板23的下端和第二集泥板24的下端之间留有间隙，第一集泥板23和第二集泥板24的两个侧边均固定在箱体2的侧壁上；在第一集泥板23和第二集泥板24的正上方设置三相分离器13，三相分离器13的截面为倒V形，三相分离器13的两端均固定在箱体2的内壁上，三相分离器13的顶部设置第一排气管15，第一排气管15的底端与三相分离器13的内部连通，第一排气管15的顶部设置在箱体2的外部，三相分离器13的内部水平固定一个细格栅 22；第二排泥管11所在的侧壁上部设置三角堰14。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的折流板17的下部向远离进水管3的方向逐渐倾斜。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的溶解氧传感器 19的信号输出端与计算机连接。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的第一集泥板23与箱体2的内壁的夹角为45°。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的集泥斗12的两个板的夹角为90°。其他与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述的挡泥板10与上固定杆21的夹角为60°。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一中稀土矿废水的高速脱氮装置的使用方法，具体为：
一、向第一反应区1中加入厌氧氨氧化菌和内源性反硝化细菌，其中厌氧氨氧化菌占总细菌数的45％～55％；向第二反应区5和第三反应区6中加入氨氧化细菌；向第四反应区7和第五反应区9中厌氧氨氧化菌；
二、然后将待处理的稀土矿废水通过进水管3进入第一反应区1中，水位低于隔板4，通过取样口2-1取样进行测试，当水中的硝氮和COD均小于10mg/L时，继续进水使得废水进入第二反应区5和第三反应区6中；通过两个溶解氧传感器19分别检测第二反应区5和第三反应区6中水的溶解氧，通过取样口2-1取样进行测试，当第二反应区5和第三反应区6中水的溶解氧均小于等于0.5mg/L且NH4 +与NO2 -的摩尔比为1:(1.3～1.5)时，继续进水使得废水进入第四反应区7和第五反应区9中进行厌氧氨氧化脱氮，停止进水，静置3.5h～4.5h，最后处理后的污水从三角堰14中排出。
本实施方式中排泥的过程：当水入第五反应区9的时候，由于细菌的存在，会存在一些污泥状的物体，在出水的时候，会先经过挡泥板10从而截留部分的污泥，在经过曲折的途径进入集泥斗12会再次截留部分污泥，这个时候已经截留了很大一部分的污泥了，截留的污泥经第一排泥管8进行排泥，随后携带较少量的污泥的水流进入三相分离器13，细格栅22会截留部分污泥，在三角堰14的截留的时候，出水达到国家允许的排放标准。
本实施方式中排气的过程：由于第一反应区1、第四反应区7和第五反应区9均会产生大量的气，但是这大量的气会造成局部压力过高导致局部的微小的水的流动，本发明将第二排气管18的出气口浸没在水中(这个水是箱体2之外的水)，当压力过高时会自动向水中排气，而又不会向箱体2中进气，形成了自动排气，而且只能向箱体2外部排气。
本实施方式提出耦合内源性反硝化、部分硝化和厌氧氨氧化技术在工艺上实现以内源性反硝化为第一工段、部分硝化为第二工段和厌氧氨氧化为第三工段为流程的反应器以实现酸性稀土矿废水的高速脱氮。内源性反硝化即第一个工段主要是以厌氧氨氧化菌为核心再加上一些杂菌组成的混合菌吸收进水的COD变成自身内部糖原，将进水的NO3 -(硝氮)反硝化成NO2 -(亚硝氮)进而发生厌氧氨氧化反应以实验降解进水的COD、硝氮以及部分的氨氮，这一工段是在第一反应区1中进行的；部分硝化即第二工段是以氨氧化细菌为主体的混合菌将一工段未反应完的NH4 +(氨氮)通过部分硝化作用成NO2 -(亚硝氮)为第三个工段提供合适比例的反应物(NH4 +(氨氮)和NO2 -(亚硝氮))，这一工段是在第二反应区5 和第三反应区6中进行的；厌氧氨氧化即第三工段是以厌氧氨氧化为主体的混合菌将第二工段输送来的合适比例的NH4 +(氨氮)和NO2 -(亚硝氮)进行厌氧氨氧化过程以实现脱氮，这一工段是在第四反应区7和第五反应区9中进行的。
整体上，本实施方式的装置分为五个小的反应区，水流从第一反应区1的下方的进水管3进入反应器，升流至第一反应区1的顶部，水流升至第一反应区1的顶部时会下流至第二反应区5，再随后被折流板17挡住，在第二反应区5的后半段水升流至第二反应区5 的顶部，水流如此反复的在五个反应区内折流最后形成平流，这样子会大大的改善水的传质效果。本发明在第一反应区1实现内源性反硝化，以脱去进水中的全部的NO3 -(硝氮) 以及部分的NH4 +(氨氮)，随后在第二反应区5和第三反应区6中将剩下的NH4 +(氨氮)部分硝化成NO2 -(亚硝氮)，此时NH4 +(氨氮):NO2 -(亚硝氮)摩尔比为1:1.32，达到这一理想比例的污水进入第四反应区7和第五反应区9进行厌氧氨氧化脱氮。
本实施方式的优点：
1、全过程实现高速脱氮：本发明借助厌氧折流板模型的较为先进的工艺；在传统的活性污泥中，一般采取的是全程硝化(即：NH4 +(氨氮)硝化成NO2 -(亚硝氮)，NO2 -(亚硝氮)硝化成NO3 -(硝氮))，而本发明采取的是部分硝化，(即：NH4 +(氨氮)硝化成NO2 -(亚硝氮))直接省去一步，这样大大的节约了污水处理时间。而传统工艺中的全程反硝化与本发明的厌氧氨氧化的区别是毋庸置疑的，厌氧氨氧化的速率大大的超过了全程反硝化，对比这两种工艺，在对氧气、无机碳源的需求上，后者比前者将节省几近40％；全程反硝化需要额外投加有机碳源(例如甲醇、醋酸钠等)，厌氧氨氧化几乎不需要碳源便可实现，前者需要投加有机碳源、后者几乎不需碳源，成本高下立见；
2、节约成本：在高速脱氮这一优点的前提，显而易见的是时间成本大大的被节约，在实际工艺中，由于采取的均是短程工艺以及几乎不耗能的厌氧氨氧化工艺，造成的结果是在物料成本这一块也是大大的被减少；本实施方式的方法氮的去除率95％-99％。
经过本实施方式的方法处理后的稀土矿废水达到稀土工业污染物排放标准(GB26451-2011)。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种稀土矿废水的高速脱氮装置，如图1-图5所示，具体是由箱体2、进水管3、隔板4、第一排泥管8、挡泥板10、第二排泥管11、集泥斗12、三相分离器13、三角堰14、第一排气管15、固定板16、折流板17、第二排气管18、溶解氧传感器19、下固定杆20、上固定杆21、细格栅22、第一集泥板23和第二集泥板24组成；
所述的箱体2的一个侧壁的下部设置进水管3，进水管3与箱体2的内部连通；所述的箱体2的内部底面上沿着较长边的方向均匀固定4个隔板4，4个隔板4均为竖直设置， 4个隔板4等高，4个隔板4的两侧均固定在箱体2的内壁上，且隔板4的上表面与箱体 2的内部顶壁留有空隙，隔板4与进水管3所在的箱体2侧壁平行；箱体2的内部被4个隔板4分为5个反应区，按顺序依次为第一反应区1、第二反应区5、第三反应区6、第四反应区7和第五反应区9，进水管3设置在第一反应区1中；第一反应区1、第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7的底部均比第五反应区9的底部浅；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7的上壁各设置一个折流板17，折流板17的下端与箱体1的底面留有空隙；在5个反应区的高度中点处各设置一个取样口2-1，取样口2-1上设置阀门；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7内，取样口2-1位于折流板17远离进水管3的一侧；在每个反应区的外壁顶部各设置一个第二排气管18，第二排气管18的进气口与箱体2的内部连通，第二排气管18的出气口浸没在水中；在第二反应区5、第三反应区6和第四反应区7内，第二排气管18位于折流板17远离进水管3的一侧；在第二反应区5和第三反应区6的顶部各设置一个溶解氧传感器19，溶解氧传感器19的探头进入到箱体2的内部，溶解氧传感器19位于折流板17远离进水管3的一侧；
在第五反应区9的内部顶部设置固定板16，固定板16与隔板4平行，固定板16的两侧均固定在箱体2的内壁上，且固定板16的下表面与箱体2的底面留有空隙；在第五反应区9的内，取样口2-1位于固定板16远离进水管3的一侧；在第五反应区9的一个侧壁下部设置第二排泥管11，第二排泥管11所在的侧壁与固定板16平行；在第二排泥管11所在的侧壁与固定板16之间水平设置下固定杆20和上固定杆21，下固定杆20位于上固定杆21的正下方，下固定杆20和上固定杆21平行设置，下固定杆20与固定板 16垂直；下固定杆20和上固定杆21的两端均分别固定在第二排泥管11所在的侧壁上与固定板16上；在下固定杆20和上固定杆21之间固定多个挡泥板10，挡泥板10为平板，所有的挡泥板10均平行设置，挡泥板10的上下两个侧壁分别固定在上固定杆21和上固定杆21；挡泥板10最上方的边与上固定杆21垂直，挡泥板10与上固定杆21的夹角为锐角；挡泥板10的两个侧边与箱体2的侧壁留有空隙；在上固定杆21的上方设置第一集泥斗12，第一集泥斗12的竖直截面为V形，集泥斗12的两端分别固定在箱体2的两个侧壁上，集泥斗12的底部水平设置第一排泥管8，第一排泥管8与集泥斗12的内部底端连通，第一排泥管8的另一端设置在箱体2的外部；在集泥斗12的正上方设置第一集泥板23和第二集泥板24，第一集泥板23和第二集泥板24等高且对称设置，第一集泥板23 的上端固定在固定板16上，第二集泥板24的上端固定在第二排泥管11所在的侧壁上，第一集泥板23和第二集泥板24均为从上至下逐渐向对方靠近，第一集泥板23的下端和第二集泥板24的下端之间留有间隙，第一集泥板23和第二集泥板24的两个侧边均固定在箱体2的侧壁上；在第一集泥板23和第二集泥板24的正上方设置三相分离器13，三相分离器13的截面为倒V形，三相分离器13的两端均固定在箱体2的内壁上，三相分离器13的顶部设置第一排气管15，第一排气管15的底端与三相分离器13的内部连通，第一排气管15的顶部设置在箱体2的外部，三相分离器13的内部水平固定一个细格栅 22；第二排泥管11所在的侧壁上部设置三角堰14；具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的折流板17的下部向远离进水管3的方向逐渐倾斜。其他与具体实施方式一相同。
所述的溶解氧传感器19的信号输出端与计算机连接；所述的第一集泥板23与箱体2 的内壁的夹角为45°；所述的集泥斗12的两个板的夹角为90°；所述的挡泥板10与上固定杆21的夹角为60°。
以下为本试验的稀土矿废水的高速脱氮装置的使用方法，具体为：
一、向第一反应区1中加入厌氧氨氧化菌和内源性反硝化细菌，其中厌氧氨氧化菌占总细菌数的45％～55％；向第二反应区5和第三反应区6中加入氨氧化细菌；向第四反应区7和第五反应区9中厌氧氨氧化菌；
二、然后将待处理的稀土矿废水通过进水管3进入第一反应区1中，水位低于隔板4，通过取样口2-1取样进行测试，当水中的硝氮和COD均小于10mg/L时，继续进水使得废水进入第二反应区5和第三反应区6中；通过两个溶解氧传感器19分别检测第二反应区5和第三反应区6中水的溶解氧，通过取样口2-1取样进行测试，当第二反应区5和第三反应区6中水的溶解氧均小于等于0.5mg/L且NH4 +与NO2 -的摩尔比为1:1.32时，继续进水使得废水进入第四反应区7和第五反应区9中进行厌氧氨氧化脱氮，停止进水，静置 3.5h～4.5h，最后处理后的污水从三角堰14中排出。
本试验中排泥的过程：当水入第五反应区9的时候，由于细菌的存在，会存在一些污泥状的物体，在出水的时候，会先经过挡泥板10从而截留部分的污泥，在经过曲折的途径进入集泥斗12会再次截留部分污泥，这个时候已经截留了很大一部分的污泥了，截留的污泥经第一排泥管8进行排泥，随后携带较少量的污泥的水流进入三相分离器13，细格栅22会截留部分污泥，在三角堰14的截留的时候，出水达到国家允许的排放标准。
本试验中排气的过程：由于第一反应区1、第四反应区7和第五反应区9均会产生大量的气，但是这大量的气会造成局部压力过高导致局部的微小的水的流动，本发明将第二排气管18的出气口浸没在水中(这个水是箱体2之外的水)，当压力过高时会自动向水中排气，而又不会向箱体2中进气，形成了自动排气，而且只能向箱体2外部排气。
本试验提出耦合内源性反硝化、部分硝化和厌氧氨氧化技术在工艺上实现以内源性反硝化为第一工段、部分硝化为第二工段和厌氧氨氧化为第三工段为流程的反应器以实现酸性稀土矿废水的高速脱氮。内源性反硝化即第一个工段主要是以厌氧氨氧化菌为核心再加上一些杂菌组成的混合菌吸收进水的COD变成自身内部糖原，将进水的NO3 -(硝氮)反硝化成NO2 -(亚硝氮)进而发生厌氧氨氧化反应以实验降解进水的COD、硝氮以及部分的氨氮，这一工段是在第一反应区1中进行的；部分硝化即第二工段是以氨氧化细菌为主体的混合菌将一工段未反应完的NH4 +(氨氮)通过部分硝化作用成NO2 -(亚硝氮)为第三个工段提供合适比例的反应物(NH4 +(氨氮)和NO2 -(亚硝氮))，这一工段是在第二反应区5和第三反应区6中进行的；厌氧氨氧化即第三工段是以厌氧氨氧化为主体的混合菌将第二工段输送来的合适比例的NH4 +(氨氮)和NO2 -(亚硝氮)进行厌氧氨氧化过程以实现脱氮，这一工段是在第四反应区7和第五反应区9中进行的。
整体上，本试验的装置分为五个小的反应区，水流从第一反应区1的下方的进水管3 进入反应器，升流至第一反应区1的顶部，水流升至第一反应区1的顶部时会下流至第二反应区5，再随后被折流板17挡住，在第二反应区5的后半段水升流至第二反应区5的顶部，水流如此反复的在五个反应区内折流最后形成平流，这样子会大大的改善水的传质效果。本发明在第一反应区1实现内源性反硝化，以脱去进水中的全部的NO3 -(硝氮) 以及部分的NH4 +(氨氮)，随后在第二反应区5和第三反应区6中将剩下的NH4 +(氨氮)部分硝化成NO2 -(亚硝氮)，此时NH4 +(氨氮):NO2 -(亚硝氮)摩尔比为1:1.32，达到这一理想比例的污水进入第四反应区7和第五反应区9进行厌氧氨氧化脱氮。
本试验的优点：
1、全过程实现高速脱氮：本发明借助厌氧折流板模型的较为先进的工艺；在传统的活性污泥中，一般采取的是全程硝化(即：NH4 +(氨氮)硝化成NO2 -(亚硝氮)，NO2 -(亚硝氮)硝化成NO3 -(硝氮))，而本发明采取的是部分硝化，(即：NH4 +(氨氮)硝化成NO2 -(亚硝氮))直接省去一步，这样大大的节约了污水处理时间。而传统工艺中的全程反硝化与本发明的厌氧氨氧化的区别是毋庸置疑的，厌氧氨氧化的速率大大的超过了全程反硝化，对比这两种工艺，在对氧气、无机碳源的需求上，后者比前者将节省几近40％；全程反硝化需要额外投加有机碳源(例如甲醇、醋酸钠等)，厌氧氨氧化几乎不需要碳源便可实现，前者需要投加有机碳源、后者几乎不需碳源，成本高下立见；
2、节约成本：在高速脱氮这一优点的前提，显而易见的是时间成本大大的被节约，在实际工艺中，由于采取的均是短程工艺以及几乎不耗能的厌氧氨氧化工艺，造成的结果是在物料成本这一块也是大大的被减少；本试验的方法氮的去除率95％-99％。
经过本试验的方法处理后的稀土矿废水达到稀土工业污染物排放标准(GB26451-2011)。
本试验中的厌氧氨氧化路径如下：
分解代谢：NH4 ++NO2 -→N2+2H2OΔGm＝-357KJ/mol；
合成代谢：0.066CO3 2-+0.27NO2 -→0.26NO3 -+0.066C5H7NO2；
NH4 ++1.32NO2 -+0.066CO3 2-+0.12H+→N2+2H2O+0.26NO3 - +0.066C5H7NO2+2.03H2O。
Claims (7)
1.一种稀土矿废水的高速脱氮装置，其特征在于稀土矿废水的高速脱氮装置是由箱体(2)、进水管(3)、隔板(4)、第一排泥管(8)、挡泥板(10)、第二排泥管(11)、集泥斗(12)、三相分离器(13)、三角堰(14)、第一排气管(15)、固定板(16)、折流板(17)、第二排气管(18)、溶解氧传感器(19)、下固定杆(20)、上固定杆(21)、细格栅(22)、第一集泥板(23)和第二集泥板(24)组成；
所述的箱体(2)的一个侧壁的下部设置进水管(3)，进水管(3)与箱体(2)的内部连通；所述的箱体(2)的内部底面上沿着较长边的方向均匀固定4个隔板(4)，4个隔板(4)均为竖直设置，4个隔板(4)等高，4个隔板(4)的两侧均固定在箱体(2)的内壁上，且隔板(4)的上表面与箱体(2)的内部顶壁留有空隙，隔板(4)与进水管(3)所在的箱体(2)侧壁平行；箱体(2)的内部被4个隔板(4)分为5个反应区，按顺序依次为第一反应区(1)、第二反应区(5)、第三反应区(6)、第四反应区(7)和第五反应区(9)，进水管(3)设置在第一反应区(1)中；第一反应区(1)、第二反应区(5)、第三反应区(6)和第四反应区(7)的底部均比第五反应区(9)的底部浅；在第二反应区(5)、第三反应区(6)和第四反应区(7)的上壁各设置一个折流板(17)，折流板(17)的下端与箱体(1)的底面留有空隙；在5个反应区的高度中点处各设置一个取样口(2-1)，取样口(2-1)上设置阀门；在第二反应区(5)、第三反应区(6)和第四反应区(7)内，取样口(2-1)位于折流板(17)远离进水管(3)的一侧；在每个反应区的外壁顶部各设置一个第二排气管(18)，第二排气管(18)的进气口与箱体(2)的内部连通，第二排气管(18)的出气口浸没在水中；在第二反应区(5)、第三反应区(6)和第四反应区(7)内，第二排气管(18)位于折流板(17)远离进水管(3)的一侧；在第二反应区(5)和第三反应区(6)的顶部各设置一个溶解氧传感器(19)，溶解氧传感器(19)的探头进入到箱体(2)的内部，溶解氧传感器(19)位于折流板(17)远离进水管(3)的一侧；
在第五反应区(9)的内部顶部设置固定板(16)，固定板(16)与隔板(4)平行，固定板(16)的两侧均固定在箱体(2)的内壁上，且固定板(16)的下表面与箱体(2)的底面留有空隙；在第五反应区(9)的内，取样口(2-1)位于固定板(16)远离进水管(3)的一侧；在第五反应区(9)的一个侧壁下部设置第二排泥管(11)，第二排泥管(11)所在的侧壁与固定板(16)平行；在第二排泥管(11)所在的侧壁与固定板(16)之间水平设置下固定杆(20)和上固定杆(21)，下固定杆(20)位于上固定杆(21)的正下方，下固定杆(20)和上固定杆(21)平行设置，下固定杆(20)与固定板(16)垂直；下固定杆(20)和上固定杆(21)的两端均分别固定在第二排泥管(11)所在的侧壁上与固定板(16)上；在下固定杆(20)和上固定杆(21)之间固定多个挡泥板(10)，挡泥板(10)为平板，所有的挡泥板(10)均平行设置，挡泥板(10)的上下两个侧壁分别固定在上固定杆(21)和上固定杆(21)；挡泥板(10)最上方的边与上固定杆(21)垂直，挡泥板(10)与上固定杆(21)的夹角为锐角；挡泥板(10)的两个侧边与箱体(2)的侧壁留有空隙；在上固定杆(21)的上方设置第一集泥斗(12)，第一集泥斗(12)的竖直截面为V形，集泥斗(12)的两端分别固定在箱体(2)的两个侧壁上，集泥斗(12)的底部水平设置第一排泥管(8)，第一排泥管(8)与集泥斗(12)的内部底端连通，第一排泥管(8)的另一端设置在箱体(2)的外部；在集泥斗(12)的正上方设置第一集泥板(23)和第二集泥板(24)，第一集泥板(23)和第二集泥板(24)等高且对称设置，第一集泥板(23)的上端固定在固定板(16)上，第二集泥板(24)的上端固定在第二排泥管(11)所在的侧壁上，第一集泥板(23)和第二集泥板(24)均为从上至下逐渐向对方靠近，第一集泥板(23)的下端和第二集泥板(24)的下端之间留有间隙，第一集泥板(23)和第二集泥板(24)的两个侧边均固定在箱体(2)的侧壁上；在第一集泥板(23)和第二集泥板(24)的正上方设置三相分离器(13)，三相分离器(13)的截面为倒V形，三相分离器(13)的两端均固定在箱体(2)的内壁上，三相分离器(13)的顶部设置第一排气管(15)，第一排气管(15)的底端与三相分离器(13)的内部连通，第一排气管(15)的顶部设置在箱体(2)的外部，三相分离器(13)的内部水平固定一个细格栅(22)；第二排泥管(11)所在的侧壁上部设置三角堰(14)。
2.根据权利要求1所述的一种稀土矿废水的高速脱氮装置，其特征在于所述的折流板(17)的下部向远离进水管(3)的方向逐渐倾斜。
3.根据权利要求1所述的一种稀土矿废水的高速脱氮装置，其特征在于所述的溶解氧传感器(19)的信号输出端与计算机连接。
4.根据权利要求1所述的一种稀土矿废水的高速脱氮装置，其特征在于所述的第一集泥板(23)与箱体(2)的内壁的夹角为45°。
5.根据权利要求1所述的一种稀土矿废水的高速脱氮装置，其特征在于所述的集泥斗(12)的两个板的夹角为90°。
6.根据权利要求1所述的一种稀土矿废水的高速脱氮装置，其特征在于所述的挡泥板(10)与上固定杆(21)的夹角为60°。
7.如权利要求1所述的一种稀土矿废水的高速脱氮装置的使用方法，其特征在于稀土矿废水的高速脱氮装置的使用方法为：
一、向第一反应区(1)中加入厌氧氨氧化菌和内源性反硝化细菌，其中厌氧氨氧化菌占总细菌数的45％～55％；向第二反应区(5)和第三反应区(6)中加入氨氧化细菌；向第四反应区(7)和第五反应区(9)中厌氧氨氧化菌；
二、然后将待处理的稀土矿废水通过进水管(3)进入第一反应区(1)中，水位低于隔板(4)，通过取样口(2-1)取样进行测试，当水中的硝氮和COD均小于10mg/L时，继续进水使得废水进入第二反应区(5)和第三反应区(6)中；通过两个溶解氧传感器(19)分别检测第二反应区(5)和第三反应区(6)中水的溶解氧，通过取样口(2-1)取样进行测试，当第二反应区(5)和第三反应区(6)中水的溶解氧均小于等于0.5mg/L且NH4 +与NO2 -的摩尔比为1:(1.3～1.5)时，继续进水使得废水进入第四反应区(7)和第五反应区(9)中进行厌氧氨氧化脱氮，停止进水，静置3.5h～4.5h，最后处理后的污水从三角堰(14)中排出。
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