CN210710943U - 一种基于铁盐循环的一步脱氮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，第一反应室置于第二反应室上方，通过第二反应室进水管连接，第一反应室用于硝化反应，生成一氧化二氮和三价铁；硝化反应液由第一反应室进入第二反应室；第二反应室用于自养反硝化反应，来自第一反应室的硝酸盐和亚铁在此发生反应，生成氮气和三价铁，实现脱氮；第二反应室出水端设有反渗透膜，用于截留铁离子，第二反应室设置回流管接口，将浓缩后的三价铁溶液回流至第一反应室进行循环利用。本实用新型通过将硝化细菌和反硝化菌分开在两个反应室中，提供不同的生存环境供其生长代谢；第二反应室产生的三价铁浓缩液回流至第一反应室，通过循环利用铁盐实现废水一步脱氮，具有创新意识和实用价值。

Description

一种基于铁盐循环的一步脱氮装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种基于铁盐循环的一步脱氮装置。

背景技术

我国水体氮素污染严重，亟待治理。传统反硝化技术以有机物作为电子供体，脱氮效能高但投资成本大。尤其是在全国实施“控源减排”后，水体有机污染得到有效控制，水体中C/N比大幅降低，寻求新型自养脱氮技术迫在眉睫。

短程硝化-厌氧氨氧化技术作为一种新型自养脱氮技术，已被应用于实际废水的处理，然而由于短程硝化的难以控制及厌氧氨氧化菌的“娇弱”，使得短程硝化-厌氧氨氧化技术的推广应用受到阻碍。

1996年，Straub等提出自养反硝化技术，微生物利用亚铁盐作为电子供体进行反硝化。该项技术一经提出，就受到广大学者的关注。铁型自养反硝化技术具有安全性高、无毒害、价格低廉等优势。

而后，另一项铁型氨氧化技术出世，即氨氧化菌利用三价铁作为电子受体将铵根离子氧化为硝酸盐。

但是，利用铁进行自养反硝化存在无法将铁盐进行有效利用的问题，需要在自养反硝化的阶段中不断投加铁盐，造成铁盐的利用率低，不满足资源化的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，以解决现有技术中存在自养反硝化过程中铁盐利用率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，包括第一反应室和第二反应室，第一反应室设置于第二反应室的上方，第一反应室和第二反应室之间通过第二反应室进水管连接；第二反应室进水管上端口设置有滤网，第一反应室顶部设有第一加药管和第一排气口，第二反应室顶部设有第二加药管及第二排气口；第一反应室和第二反应室内部均匀分布着微生物载体，其中第一反应室中的微生物载体上附着有能够利用三价铁进行氨氧化的氨氧化细菌，第二反应室中的微生物载体上附着有能够利用二价铁进行反硝化的反硝化细菌；第二反应室底部设有泥斗，泥斗底部连接有排泥管；第一反应室和第二反应室内部均设有搅拌装置，第一反应室还设有第一反应室进水管；第二反应室设有出水管，出水管进口端设有反渗透膜，第二反应室与第一反应室通过回流支路连接；第二反应室中设置pH计。

第一反应室进水管与第一反应室的下部连接。

第二反应室出水管入口和回流管入口均与第二反应室下部连接。

第二反应室上连接有高压泵，参与反渗透过程，当反渗透膜进行反渗透时，用于提供负压条件。

回流支路包括回流泵，回流泵的入口通过管道与第二反应室下部连接，回流泵的出口通过管道与第一反应室的入口连接。

第一加药管和第二加药管结构相同，为中空管状结构，第一加药管和第二加药管的下部表面均匀开设有通孔。

本实用新型有如下有益效果：

本实用新型基于铁盐循环的一步脱氮装置利用反应本体装置上下两个不同的反应室(即第一反应室和第二反应室)，降低不同菌种之间的竞争，为具有不同生态位的菌种提供更有利的生存环境，有利于一步脱氮装置的稳定运行；实现铁盐的循环，截留在第二反应室中的铁离子的浓缩液，通过回流支路供给第一反应室循环使用，资源回收，实现废水脱氮的铁盐需求量大大降低。因为铁离子被反渗透膜全部截留于第二反应室中，没有铁离子的流失，故增加铁盐的利用率；本实用新型通过将硝化细菌和反硝化菌分开在两个反应室中，提供不同的生存环境供其生长代谢；第二反应室产生的三价铁浓缩液回流至第一反应室，通过循环利用铁盐实现废水一步脱氮，具有创新意识和实用价值。

附图说明

图1为本实用新型基于铁盐循环的一步脱氮装置的结构示意图。

图2为利用本实用新型基于铁盐循环的一步脱氮装置进行脱氮时的工艺流程图。

图3为本实用新型基于铁盐循环的一步脱氮装置中加药管梅花形布孔细部图。

图中：Ⅰ-第一反应室、Ⅱ-第二反应室；1-第一反应室进水管、2-第一阀门、3-微生物载体、4-第一加药管、5-第二加药管、6-搅拌装置、7-滤网、8-第一排气口、9-第二排气口、10-pH计、11-反渗透膜、12-出水管、13-第二阀门、14-第三阀门、15-回流泵、16-第四阀门、17-回流管、18-泥斗、19-排泥管、20-第五阀门、21-高压泵、22-第二反应室进水管、23-第六阀门，24-通孔。

具体实施方式

下面结合具体附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。若没有特殊说明或冲突，各优选实施方式可以任意组合。

参照图1，本实用新型基于铁盐循环的一步脱氮装置，包括第一反应室Ⅰ和第二反应室Ⅱ，第一反应室Ⅰ设置于第二反应室Ⅱ的上方，第一反应室Ⅰ和第二反应室Ⅱ之间通过第二反应室进水管22连接；第二反应室进水管22上端口设置有滤网7，第一反应室Ⅰ顶部设有第一加药管4和第一排气口，第二反应室Ⅱ顶部设有第二加药管5及第二排气口；第一反应室Ⅰ和第二反应室Ⅱ内部均匀分布着微生物载体3，其中第一反应室Ⅰ中的微生物载体3上附着有能够利用三价铁进行氨氧化的氨氧化细菌，第二反应室Ⅱ中的微生物载体3上附着有能够利用二价铁进行反硝化的反硝化细菌；第二反应室Ⅱ底部设有泥斗18，泥斗18底部连接有排泥管19；第一反应室Ⅰ和第二反应室Ⅱ内部均设有搅拌装置6，第一反应室Ⅰ还设有第一反应室进水管1；第二反应室Ⅱ设有出水管12，出水管12进口端设有反渗透膜11，第二反应室Ⅱ与第一反应室Ⅰ通过回流支路连接；第二反应室Ⅱ中设置pH计10。

作为本实用新型优选的实施方案，第一反应室进水管1与第一反应室Ⅰ的下部连接。

作为本实用新型优选的实施方案，第二反应室出水管12入口和回流管17入口均与第二反应室Ⅱ下部连接。

作为本实用新型优选的实施方案，第二反应室Ⅱ上连接有高压泵21，参与反渗透过程，当反渗透膜进行反渗透时，用于提供负压条件。

作为本实用新型优选的实施方案，回流支路包括回流泵15，回流泵15的入口通过管道与第二反应室Ⅱ下部连接，回流泵15的出口通过管道与第一反应室Ⅰ的入口连接。

作为本实用新型优选的实施方案，参照图1～图3，本实用新型第一加药管4和第二加药管5结构相同，为中空管状结构，第一加药管4和第二加药管5的下部表面均匀开设有通孔。

参照图2和图1，本实用新型基于铁盐循环的一步脱氮方法，包括如下过程：

含氨的废水经过第一反应室进水管1进入第一反应室Ⅰ，将铁盐以柠檬酸铁的形式通过第一加药管4加入第一反应室Ⅰ；第一反应室Ⅰ中的搅拌装置6不断搅拌，含氨的废水与第一反应室Ⅰ中的微生物载体3进行反应，反应产生的气体经第一排气口排出，反应产生的含二价铁离子和硝酸盐的混合液通过第二反应室进水管22及滤网7流至第二反应室Ⅱ；

第二反应室Ⅱ中，搅拌装置6不断搅拌，硝酸盐及亚铁离子在第二反应室Ⅱ中的微生物载体3作用下进行反硝化脱氮，产生的气体随第二排气口排出；从第二加药管5投加预设量酸，使第二反应室Ⅱ中始终为非碱性；

第二反应室Ⅱ通过出水管12排水时，反渗透膜11截留铁离子于第二反应室Ⅱ，随着第二反应室Ⅱ的排水，第二反应室Ⅱ中的铁离子浓度升高，当反渗透膜11内外压差大于预设值时，出水管12和第二反应室进水管22截流，通过回流支路将第二反应室Ⅱ中的液体回流至第一反应室Ⅰ进行循环利用。

本实用新型的基于铁盐循环的一步脱氮装置在进行废水脱氮时，没有铁离子的流失，故增加铁盐的利用率，使得废水脱氮的铁盐需求量大大降低，通过循环利用能够实现铁盐对废水一步脱氮，具有流程短，充分利用资源和脱氮效果好的特点。

实施例

如图1所示，本实施例基于铁盐循环的一步脱氮装置主要包括第一反应室Ⅰ和第二反应室Ⅱ，具体还包括：第一反应室进水管1、第二阀门、微生物载体3、第一加药管4、第二加药管5、搅拌装置6、滤网7、第一排气口、第二排气口、pH计10、反渗透膜11、出水管12、第二阀门13、第三阀门14、回流泵15、第四阀门16、回流管17、泥斗18、排泥管19、第五阀门20、高压泵21、第二反应室进水管22和第六阀门23。

本实施例基于铁盐循环的一步脱氮装置为序批式反应装置，第一反应室Ⅰ与第二反应室Ⅱ由第二反应室进水管22连接，第二反应室进水管22上连接有第四阀门16。如图1所示，第二反应室进水管22入口(即第二反应室进水管22位于第一反应室Ⅰ的一端)处设滤网7，滤网7用以截留生物填料。第一反应室Ⅰ顶部设有第一加药管4和第一排气口8，第二反应室Ⅱ顶部设有第二加药管5及第二排气口9；第一反应室Ⅰ和第二反应室Ⅱ内部均匀分布着微生物载体3，其中第一反应室Ⅰ的微生物载体3上附着有可利用三价铁进行氨氧化的氨氧化细菌，第二反应室Ⅱ的微生物载体3上附着有可利用二价铁进行反硝化的反硝化细菌；第二反应室Ⅱ底部设有泥斗18和排泥管19，排泥管19与泥斗18底部连接，排泥管19上设有第五阀门20。第一反应室进水管1位于第一反应室Ⅰ右下侧，第一反应室进水管1上设有第一阀门2，第一反应室Ⅰ内部设搅拌装置6；第二反应室出水管12及回流管17均位于第二反应室Ⅱ左下侧，且出水管12处设有反渗透膜11，高压泵21与第二反应室Ⅱ的下部连接，第六阀门23设置于高压泵21与第二反应室Ⅱ连接的管路上；出水管12上还设有第二阀门13；回流管17处设有滤网7；回流管17上设有回流泵15，回流泵15入口连接的回流管17上设有第三阀门14，流泵15出口连接的回流管17连接至第一反应室进水管1。第二反应室Ⅱ内部同样设置搅拌装置6。

第二反应室Ⅱ的出水管12前设反渗透膜11，待第二反应室Ⅱ的反硝化反应结束后，打开第二阀门13和第六阀门23，关闭第三阀门14，第二反应室Ⅱ内的溶液经由反渗透膜11不断进入出水管12；当反渗透膜内外压差达到15psi(即1.5公斤，反渗透膜堵塞临界值)时，关闭第二阀门13、第四阀门16和第六阀门23，使得第二反应室Ⅱ不再进水，打开回流泵15，打开第三阀门14使第二反应室Ⅱ中的水经滤网7，通过回流泵15加压将浓缩的铁离子的混合液通过回流管17回流至第一反应室进水管1处、再进入第一反应室Ⅰ进行循环利用。

上述各装置的尺寸及比例可视情况进行设定，基于铁盐循环的一步脱氮装置为序批式反应装置中，第一反应室Ⅰ与第二反应室Ⅱ主体为圆柱体，泥斗18设为圆锥体。一步脱氮装置总高度为750mm，第一反应室Ⅰ上部圆柱体直径为240mm；第二反应室Ⅱ上部圆柱体直径为190mm。序批式反应器(即本实施例的一步脱氮装置)总有效容积25L，工作容积24L。第一加药管4中投加柠檬酸铁：氨氮质量比为(8.16～10.88)：1(或摩尔比为(0.6～0.8)：1)；第一反应室Ⅰ与第二反应室Ⅱ的体积比为1.0:1.0；水力停留时间之比为(0.5～0.7)：1；第一加药管4和第二加药管5结构相同，均在各自底部1/3的长度设有小孔，呈梅花形布孔，小孔直径为加药管直径的1/10，小孔与小孔之间距离为单个小孔直径的5倍；反应室中泥斗18上部与水平面倾角为40°。

本实施例中基于铁盐循环的一步脱氮装置采用有机玻璃制作，其中混合液回流管的材质为PVC。基于铁盐一步脱氮方法如下：含氨的废水经过第一反应室进水管1进入第一反应室Ⅰ，同时将铁盐以柠檬酸铁的形式通过第一加药管4加入第一反应室Ⅰ；搅拌装置6不断搅拌，防止生物填料沉底，以满足氨氧化反应的进行，反应产生的亚硝氮与亚铁离子在酸性条件下能迅速反应，产生一氧化二氮气体经第一排气口8排出。经第一反应室Ⅰ反应后，产生含二价铁离子和硝酸盐的混合液通过第二反应室进水管22及滤网7流至第二反应室Ⅱ，第二反应室Ⅱ为缺氧条件，内设搅拌器6使得反应充分进行。硝酸盐及亚铁离子在自养反硝化菌的作用下进行反硝化脱氮，产生的氮气随第二排气口9排出。其中第一反应室Ⅰ产生的混合液为酸性，可中和第二反应室Ⅱ产生的部分氢氧根离子，为保证第二反应室Ⅱ中溶液为酸性，不产生氢氧化铁沉淀，特从第二加药管5投加适量盐酸，pH计10在线监测反应条件，确保体系第二反应室Ⅱ中溶液始终为非碱性。打开第二阀门13和第六阀门23，关闭第三阀门14，在第二反应室出水管12处设置反渗透膜11截留铁离子于第二反应室Ⅱ，随着第二反应室Ⅱ不断排水，其中的铁离子浓度不断升高，当反渗透膜11内外压差大于15psi(即1.5公斤)时，关闭第二阀门13、第四阀门16和第六阀门23，打开第三阀门14，利用回流泵15将浓缩的三价铁离子回流至第一反应室进水管1进而进入第一反应室Ⅰ进行循环利用。第二反应室Ⅱ设有泥斗18和排泥管19，定期排放脱落的活性污泥。菌群附着在生物填料上，形成生物膜，生物均匀的分布在整个反应室中，有利于脱氮硝化反硝化高效的进行。

Claims (6)

1.一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，其特征在于，包括第一反应室(Ⅰ)和第二反应室(Ⅱ)，第一反应室(Ⅰ)设置于第二反应室(Ⅱ)的上方，第一反应室(Ⅰ)和第二反应室(Ⅱ)之间通过第二反应室进水管(22)连接；第二反应室进水管(22)上端口设置有滤网(7)，第一反应室(Ⅰ)顶部设有第一加药管(4)和第一排气口(8)，第二反应室(Ⅱ)顶部设有第二加药管(5)及第二排气口(9)；第一反应室(Ⅰ)和第二反应室(Ⅱ)内部均匀分布着微生物载体(3)，其中第一反应室(Ⅰ)中的微生物载体(3)上附着有能够利用三价铁进行氨氧化的氨氧化细菌，第二反应室(Ⅱ)中的微生物载体(3)上附着有能够利用二价铁进行反硝化的反硝化细菌；第二反应室(Ⅱ)底部设有泥斗(18)，泥斗(18)底部连接有排泥管(19)；第一反应室(Ⅰ)和第二反应室(Ⅱ)内部均设有搅拌装置(6)，第一反应室(Ⅰ)还设有第一反应室进水管(1)；第二反应室(Ⅱ)设有出水管(12)，出水管(12)进口端设有反渗透膜(11)，第二反应室(Ⅱ)与第一反应室(Ⅰ)通过回流支路连接；第二反应室(Ⅱ)中设置pH计(10)。

2.根据权利要求1所述的一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，其特征在于，第一反应室进水管(1)与第一反应室(Ⅰ)的下部连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，其特征在于，第二反应室出水管(12)入口和回流管(17)入口均与第二反应室(Ⅱ)下部连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，其特征在于，第二反应室(Ⅱ)上连接有高压泵(21)。

5.根据权利要求1所述的一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，其特征在于，回流支路包括回流泵(15)，回流泵(15)的入口通过管道与第二反应室(Ⅱ)下部连接，回流泵(15)的出口通过管道与第一反应室(Ⅰ)的入口连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于铁盐循环的一步脱氮装置，其特征在于，第一加药管(4)和第二加药管(5)结构相同，为中空管状结构，第一加药管(4)和第二加药管(5)的下部表面均匀开设有通孔。

Images