CN115010325B - 一种磷回收反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷回收反应器,涉及污水除磷回收技术领域，包括反应罐，反应罐中设置有脱氮除磷填料层及设于反应罐底部并可对脱氮除磷填料层进行支撑的搅拌装置；搅拌装置包括四根竖向设置的搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片；搅拌轴底端均穿设延伸至反应罐下方，且各搅拌轴均通过设有的密封轴承与反应罐底部转动连接，在各搅拌轴上连接有皮带轮驱动机构；在各搅拌轴顶端均固定设置有一第一轴承座，第一轴承座的转动内圈与搅拌轴顶端套设固接，在各第一轴承座顶部均设有一支撑结构，脱氮除磷填料层设置在各支撑结构顶部。本发明搅拌装置可实现对填料层的支撑固定以及药物的自动释放。

Description

一种磷回收反应器

技术领域

本发明涉及涉及污水除磷回收技术领域，尤其是一种磷回收反应器。

背景技术

目前，我国城市污水厂采用的工艺中，仍是以各种活性污泥法作为主流，传统生活污水的处理主要分为物理法、化学法和生物法，物理法主要是去除水中的不溶解的悬浮物质，化学法是指向废水中投加化学药剂，通过化学反应达到净水效果，生物法指利用微生物的作用，降解有机物的一种技术，生物法主要用于去除水中的有机物和氨氮等，与物理法和化学法相比，生物处理在去除水中溶解性污染物方面具有较大的优势，城市污水中的氮、磷主要来自生活污水和部分工业废水，氮、磷的主要危害：一是使水体富营养化；二是影响水源水质,增加给水处理成本；三是对人和生物产生毒害，上述危害严重制约了城市水环境正常功能的发挥,并使城市缺水状况加剧，而且随着人民生活水体的提高和环境的恶化，对水质的要求也越来越高，因此，提供一种污水除磷及回收的装置设备非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷回收反应器，其包括：反应罐；所述反应罐中设置有脱氮除磷填料层及设于反应罐底部并可对脱氮除磷填料层进行支撑的搅拌装置；所述搅拌装置包括四根竖向设置的搅拌轴，搅拌轴上设有至少一个的搅拌叶片；所述四根搅拌轴以反应罐中轴线为中心环形阵列布置，各搅拌轴底端均穿设延伸至反应罐下方，且各搅拌轴均通过设有的密封轴承与反应罐底部转动连接，在各搅拌轴上均固定套接有一带轮，带轮位于反应罐下方，各带轮之间共同连接有一传动皮带，在任一搅拌轴底端设有一第一锥齿轮，在反应罐下方固定安装有一电动机，在电动机的动力输出端连接有一第二锥齿轮，且第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合连接；在各所述搅拌轴顶端均固定设置有一第一轴承座，第一轴承座的转动内圈与搅拌轴顶端套设固接，在各第一轴承座顶部均设有一支撑结构，所述脱氮除磷填料层设置在各支撑结构顶部，脱氮除磷填料层包括填料框以及设于填料框中的填充料，填料框外部框体与反应罐内壁正好接触连接适配。

进一步的，所述反应器还包括沉淀罐，在所述沉淀罐上连接有一进水管道，进水管道上设有第一控制阀，在沉淀罐底部连接有一第一排泥管道，在第一排泥管道上安装有第一排泥泵，在所述沉淀罐中连接有用于输送上层悬浮液的输送管道，输送管道上设有水泵，输送管道出水端连接至反应罐上方；在所述反应罐上连接有一出水管道，出水管道上设有第二控制阀，在所述反应罐底部连接有一第二排泥管道，在第二排泥管道上设有第二排泥泵。

进一步的，所述支撑结构包括设于搅拌轴顶端上的搅药筒以及与搅药筒相对应连接的储药箱，储药箱固定设置在填料框底部，所述搅药筒顶部开口，搅药筒底部固定设置在第一轴承座上，且搅拌轴顶端穿设搅药筒底部中心延伸至搅药筒内部，且在搅药筒中的搅拌轴上设置有搅药叶片，在搅药叶片上方设有第二轴承座，第二轴承座的转动内圈与搅拌轴顶端固定套接，在搅药筒下方侧部及底部设有散药孔；

所述储药箱包括可从搅药筒顶部开口配合插接至搅药筒中的圆柱形药箱以及设于圆柱形药箱顶部的端盖,端盖顶部与填料框底部固接，当圆柱形药箱完全插设在搅药筒中时，端盖搭接在搅药筒筒口上，在所述圆柱形药箱内部中心位置设置有弹簧腔，在弹簧腔的外围开设有一环状药腔，在环状药腔中加入有污水反应所专用的药物，在弹簧腔下方的储药箱底部开设有一插入口，插入口、弹簧腔以及环状药腔通过设有的通道进行连接，在所述弹簧腔中竖向设有一压缩弹簧，压缩弹簧一端与端盖连接，其另一端连接有一移动块，移动块正好阻隔在所述通道中，朝着弹簧腔深度方向推动移动块，压缩弹簧收缩，可使得移动块正好进入到弹簧腔中，期间插入口、通道依次被打开，在所述移动块底部开设有一凹腔，圆柱形药箱插设至搅药筒中期间，第二轴承座正好插接至凹腔中，并在随后逐步抵接移动块至弹簧腔中,所述搅药叶片位于圆柱形药箱下方。

进一步的，所述搅拌叶片包括其中心设有的套环，套环配合套设在搅拌轴上。

优选地，所述填充料是由沸石与砾石按体积比1:1得到。

与现有技术相比，本发明的磷回收反应器具有如下的有益效果：

现有反应器中的搅拌装置仅是提供药物搅拌反应的功能，本发明通过设置的反应罐、脱氮除磷填料层、搅拌装置、搅药筒以及储药箱等结构部件（详见实施例1和2），使得搅拌装置同时具有三种功能：（1）搅拌药物反应；（2）对脱氮除磷填料层进行支撑固定；（3）实现搅药筒与储药箱的自动对接，并逐渐自动释放药物反应。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1反应设备的结构示意图；

图2是实施例1反应设备的俯视图；

图3是实施例2中搅药筒与储药箱插接状态的结构示意图；

图4是实施例2中储药箱的结构示意图；

图5是实施例2中搅药筒与储药箱连接示意图；

图6是实施例4中实验装置示意图；

图7是实施例4中组合填料湿地对 TN 去除效果曲线图；

图8是实施例4中组合填料湿地对 TP 去除效果曲线图。

图中标记为：

1、沉淀罐；101、进水管道；102、第一控制阀；103、第一排泥管道；104、第一排泥泵；

2、反应罐；201、出水管道；202、第二控制阀；203、第二排泥管道；204、第二排泥泵；

3、支架；4、输送管道；5、水泵；6、搅拌轴；7、搅拌叶片；8、带轮；9、传动皮带；10、第一锥齿轮；11、电动机；12、第二锥齿轮；13、第一轴承座；14、支撑结构；

15、搅药筒；16、储药箱；17、搅药叶片；18、第二轴承座；19、散药孔；20、圆柱形药箱；21、端盖；22、弹簧腔；23、环状药腔；24、药物；25、插入口；26、通道；27、压缩弹簧；28、移动块；29、填料层；30、凹腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本实施例提供了一种磷回收反应设备，如图1-图2所示，其包括：沉淀罐1与反应罐2，沉淀罐1与反应罐2均通过底部设有的支架3进行支撑及固定，沉淀罐1用于将污水进行沉淀，初步过滤掉污水中的固体颗粒及污泥，反应罐2用于将污水中的氮磷成分析出结晶并回收再利用，本实施例设备特点在于反应罐2，反应罐2中设置有脱氮除磷填料层29及设于反应罐2底部并可对脱氮除磷填料层29进行支撑的搅拌装置。

本实施例中，在沉淀罐1上连接有一进水管道101，进水管道101上设有第一控制阀102，进水管道101与第一控制阀102的设置用于将污水排入到沉淀罐1中，在沉淀罐1底部连接有一第一排泥管道103，在第一排泥管道103上安装有第一排泥泵104，在沉淀罐1中还连接有用于输送上层悬浮液的输送管道4，输送管道4上安装有水泵5，输送管道4出水端连接至反应罐2上方，输送管道4与水泵5的设置用于将沉淀后的污水输送至反应罐2中再处理。在反应罐2上连接有一出水管道201，出水管道201上设有第二控制阀202，出水管道201与第二控制阀202的设置用于将净化处理后的污水排出，在反应罐2底部连接有一第二排泥管道203，在第二排泥管道203上安装有第二排泥泵204。

本实施例中，反应罐2中的搅拌装置包括了四根竖向设置的搅拌轴6，搅拌轴6上设有至少一个的搅拌叶片7；结合图2所示，四根搅拌轴6以反应罐2中轴线为中心环形阵列布置，各搅拌轴6底端均穿设延伸至反应罐2下方，且各搅拌轴6均通过设有的密封轴承与反应罐2底部转动连接，在各搅拌轴6上均固定套接有一带轮8，带轮8位于反应罐2下方，各带轮8之间共同连接有一传动皮带9，在任一搅拌轴6底端设有一第一锥齿轮10，在反应罐2底部支架3内侧部固定安装有一卧式电动机11，在电动机11的动力输出端连接有一第二锥齿轮12，且第二锥齿轮12与所述第一锥齿轮10啮合连接。

在各搅拌轴6顶端均固定设置有一第一轴承座13，第一轴承座13的转动内圈与搅拌轴6顶端套设固接，在各第一轴承座13顶部均设有一支撑结构14，所述脱氮除磷填料层29设置在各支撑结构14顶部，即脱氮除磷填料层29由各支撑结构14以及搅拌轴6进行支撑固定，由此可知，上述搅拌装置的设置一方面能够实现污水的搅拌处理，另一方面，还能够实现对脱氮除磷填料层29的支撑固定。

本实施例中，脱氮除磷填料层29包括填料框以及设于填料框中的填充料，填料框外部框体与反应罐2内壁正好接触连接适配。

实施例2

基于实施例1，为了解决加药及污水反应问题，如图3-图5所示，本实施例2对反应罐2做出了如下的改进：将所述支撑结构14包括设于搅拌轴6顶端上的搅药筒15以及与搅药筒15相对应连接的储药箱16，储药箱16固定设置在填料框底部，其中，搅药筒15为圆柱状，搅药筒15顶部开口，搅药筒15底部固定设置在第一轴承座13上，且搅拌轴6顶端穿设搅药筒15底部中心延伸至搅药筒15内部，且在搅药筒15中的搅拌轴6上设置有搅药叶片17，在搅药叶片17上方设有第二轴承座18，第二轴承座18的转动内圈与搅拌轴6顶端固定套接，在搅药筒15下方侧部及底部设有散药孔19。

本实施例中，储药箱16包括可从搅药筒15顶部开口配合插接至搅药筒15中的圆柱形药箱20以及设于圆柱形药箱20顶部的端盖21,端盖21顶部与填料框底部固定连接，当圆柱形药箱20完全插设在搅药筒15中时，端盖21搭接在搅药筒15筒口上，在圆柱形药箱20内部中心位置设置有弹簧腔22，在弹簧腔22的外围开设有一环状药腔23，在环状药腔23中加入有污水反应所专用的药物24，在弹簧腔22下方的储药箱16底部开设有一插入口25，插入口25、弹簧腔22以及环状药腔23通过设有的通道26进行连接，进一步的，在弹簧腔22中竖向设有一压缩弹簧27，压缩弹簧27一端与端盖21连接，其另一端连接有一移动块28，正常状态下（即未对移动块28施加外力），移动块28正好阻隔在所述通道26中，药物24无法从通道26及插入口25流出，以及外物亦无法从插入口25及通道26进入至环状药腔23中，朝着弹簧腔22深度方向推动移动块28，压缩弹簧27收缩，可使得移动块28正好进入到弹簧腔22中，期间，插入口25、通道26依次被打开，在移动块28底部开设有一凹腔30，圆柱形药箱20插设至搅药筒15中期间，第二轴承座18正好插接至凹腔30中，并在随后逐步抵接移动块28至弹簧腔22中,搅药叶片17位于圆柱形药箱20下方。

本实施例2的反应设备在使用时，脱氮除磷填料层29被逐渐下放到反应罐2中，在反应罐2对填料框的自定位作用下，填料框底部的四个储药箱16正好与搅拌轴6顶端上的各搅药筒15相对应，直至第二轴承座18抵接推动移动块28至弹簧腔22中，插入口25、通道26依次被打开，环状药腔23中的药物24在重力及污水的流动下进入到搅药筒15中，随即在搅药叶片17的带动下，加速从散药孔19处释放出，并在搅拌装置协作下与污水快速反应，实现本发明的目的，达到药物24的自动释放及扩散反应的效果。

实施例3

基于实施例1，为了便于搅拌叶片7于搅拌轴6上的安装及增减，调节反应罐2中污水的搅拌效率，本实施例3采用如下结构设计，搅拌叶片7还包括其中心设有的套环，套环配合套设在搅拌轴6上，且套环可通过螺栓组件与搅拌轴6轴体可拆卸式连接，或直接将套环与搅拌轴6轴体进行焊接固定。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例4提供了一种填充料，填充料是由沸石与砾石按体积比1:1得到。

有关填充料的选取及组合，本实施例是通过以下实验及研究得出的。

（1）供试材料

实验以沸石、果壳活性炭、火山岩和砾石为基质，其中粒径为4～8mm，孔隙率接近45%。基质组合分别为：沸石-砾石、生物炭-砾石、火山岩-砾石、砾石-砾石。

（2）实验设计

如图6所示，本实验设置4个处理，3次重复，以网上采购水箱作为构建水平潜流人工湿地实验容器。试验容器选用PVC水箱，水箱设进、出水口。设水力停留时间2d，实验装置65cm*45cm*35cm，填料以1:1比例填充，填充高度30cm。先加入自来水试运行，检验其完好性，并确定湿地污水处理量。随后养护两周，其目的是：一方面，使植物适应桶内环境，成长至有一定的抗污性；另一方面，给出微生物充分生长的时间，使湿地系统具有更高的净化效率。养护期结束后，用葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾人工配置出农田尾水，其中，TN浓度为15mg/L，TP浓度为3mg/L，COD/TN=6。根据设定的污水滞留时间和实验设施的处理能力，进水处理设计流量20L/d，进水方式为连续进水，进水通过蠕动泵和布水装置均匀地流经人工湿地床体。在出水口取样，测定污染物的含量。

（3）污染物测定

根据国标法测定TN、TP，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定；TP采用钼酸铵分光光度法测定。使用的测定仪器为UV-5200紫外可见分光光度计。

（4）总氮去除效果

各人工湿地出水TN浓度如图7所示。由中可以看出，实验初期到实验中期，各组合填料湿地对TN的去除能力在不断增加，TN去除范围在36.2%-41.8%之间上升到42.8%-63.4%，随着时间的延长去除效果均有一定的下降并逐渐趋于稳定，沸石-砾石对TN的去除效果要优于其他组合填料，这可能是由于沸石拥有质轻，对水流阻力小不易堵塞等特点，且表面多孔隙易于生物挂膜，因而较容易形成硝化及反硝化菌群的生活环境，从而有利于脱氮。另外填料组合优化使得系统内部有合理的层级区分，水流均匀从而有利于系统去除氮。在实验前10-12d总氮有上升趋势，这可能是由于生物作用的加强，从10-12d往后TN的去除效率又有下降的趋势，可能是由于系统内部氧气含量的下降使得硝化反应降低，此时硝化反应降低导致TN的去除效果减弱。生物炭-砾石初始去除率最高，随着运行时间延长，最后去除作用低于沸石-砾石，可能原因是运行初期，生物炭基质可以通过物理吸附和化学络合作用有效去除水体中氮素，但当生物炭达到吸附饱和状态或受到扰动时，被吸附的氮素容易重新释放到水体中。而由于生物炭具有比表面积大的优势，有利于微生物生长，保证了TN去除效果。TN去除作用表现为：沸石-砾石>生物炭-砾石>火山岩-砾石>砾石-砾石。沸石-砾石、生物炭-砾石、火山岩-砾石、砾石-砾石TP平均去除率分别为54.9%、49.82%、41.8%、39.24%，具有显著性差异（P<0.01）。

（5）总磷去除效果

各人工湿地出水TP浓度如图8所示。由中可以看出，沸石-砾石、生物炭-砾石组合在前期去除效果较好，吸附效果最高达到了53.4%、47.8%，火山岩-砾石可达41.4%。随着实验天数的增加，4种组合填料都出现总磷去除率下降的趋势且生物炭-砾石、砾石-砾石2种组合去除效果低于沸石-砾石和火山岩-砾石2种组合，生物炭-砾石去除效果甚至降低到20%左右，沸石-砾石组合稳定后具有较好总磷去除效果是因为沸石具有较好的磷吸附效果，从不同组合对总磷的去除呈现出的差异可以看出，不同填料的自身物理性质与磷吸附难易程度也会有所差别。从图8中可以看出对磷的去除主要是填料的物理吸附占主导作用，当吸附至一定时间后达到饱和。TP去除作用表现为：沸石-砾石>生物炭-砾石>火山岩-砾石>砾石-砾石。沸石-砾石、生物炭-砾石、火山岩-砾石、砾石-砾石TP平均去除率分别为38.3%、34.23%、32.71%、29.9%，具有显著性差异（P<0.01）。

（6）结论

6.1）各组合填料人工湿地对TN的去除效果为：沸石-砾石>生物炭-砾石>火山岩-砾石>砾石-砾石。沸石-砾石、生物炭-砾石、火山岩-砾石、砾石-砾石TP平均去除率分别为54.9%、49.82%、41.8%、39.24%，具有显著性差异（P<0.01）。

6.2）各组合填料人工湿地对TP的去除效果为：沸石-砾石>生物炭-砾石>火山岩-砾石>砾石-砾石。沸石-砾石、生物炭-砾石、火山岩-砾石、砾石-砾石TP平均去除率分别为38.3%、34.23%、32.71%、29.9%，具有显著性差异（P<0.01）。

6.3）总体上，各组合填料人工湿地对TN、TP去除效果最好的是沸石-砾石组合填料人工湿地。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种磷回收反应器，包括：反应罐；其特征在于，所述反应罐中设置有脱氮除磷填料层及设于反应罐底部并可对脱氮除磷填料层进行支撑的搅拌装置；

所述搅拌装置包括四根竖向设置的搅拌轴，搅拌轴上设有至少一个的搅拌叶片；所述四根竖向搅拌轴以反应罐中轴线为中心环形阵列布置，各搅拌轴底端均穿设延伸至反应罐下方，且各搅拌轴均通过设有的密封轴承与反应罐底部转动连接，在各搅拌轴上均固定套接有一带轮，带轮位于反应罐下方，各带轮之间共同连接有一传动皮带，在任一搅拌轴底端设有一第一锥齿轮，在反应罐下方固定安装有一电动机，在电动机的动力输出端连接有一第二锥齿轮，且第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合连接；在各所述搅拌轴顶端均固定设置有一第一轴承座，第一轴承座的转动内圈与搅拌轴顶端套设固接，在各第一轴承座顶部均设有一支撑结构，所述脱氮除磷填料层设置在各支撑结构顶部，脱氮除磷填料层包括填料框以及设于填料框中的填充料，填料框外部框体与反应罐内壁正好接触连接适配；

还包括沉淀罐，在所述沉淀罐上连接有一进水管道，进水管道上设有第一控制阀，在沉淀罐底部连接有一第一排泥管道，在第一排泥管道上安装有第一排泥泵，在所述沉淀罐中连接有用于输送上层悬浮液的输送管道，输送管道上设有水泵，输送管道出水端连接至反应罐上方；在所述反应罐上连接有一出水管道，出水管道上设有第二控制阀，在所述反应罐底部连接有一第二排泥管道，在第二排泥管道上设有第二排泥泵；

所述支撑结构包括设于搅拌轴顶端上的搅药筒以及与搅药筒相对应连接的储药箱，储药箱固定设置在填料框底部，所述搅药筒顶部开口，搅药筒底部固定设置在第一轴承座上，且搅拌轴顶端穿设搅药筒底部中心延伸至搅药筒内部，且在搅药筒中的搅拌轴上设置有搅药叶片，在搅药叶片上方设有第二轴承座，第二轴承座的转动内圈与搅拌轴顶端固定套接，在搅药筒下方侧部及底部设有散药孔；

所述储药箱包括可从搅药筒顶部开口配合插接至搅药筒中的圆柱形药箱以及设于圆柱形药箱顶部的端盖,端盖顶部与填料框底部固接，当圆柱形药箱完全插设在搅药筒中时，端盖搭接在搅药筒筒口上，在所述圆柱形药箱内部中心位置设置有弹簧腔，在弹簧腔的外围开设有一环状药腔，在环状药腔中加入有污水反应所专用的药物，在弹簧腔下方的储药箱底部开设有一插入口，插入口、弹簧腔以及环状药腔通过设有的通道进行连接，在所述弹簧腔中竖向设有一压缩弹簧，压缩弹簧一端与端盖连接，其另一端连接有一移动块，移动块正好阻隔在所述通道中，朝着弹簧腔深度方向推动移动块，压缩弹簧收缩，可使得移动块正好进入到弹簧腔中，期间插入口、通道依次被打开，在所述移动块底部开设有一凹腔，圆柱形药箱插设至搅药筒中期间，第二轴承座正好插接至凹腔中，并在随后逐步抵接移动块至弹簧腔中,所述搅药叶片位于圆柱形药箱下方；所述搅拌叶片包括其中心设有的套环，套环配合套设在搅拌轴上。

2.根据权利要求1所述的磷回收反应器，其特征在于，所述填充料是由沸石与砾石按体积比1:1得到。

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