CN211445223U - 一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，包括反应器主体，反应器主体通过横向隔板分隔为位于上部的生物滴滤反应单元和位于下部的厌氧曲折流式反应单元；厌氧曲折流式反应单元侧面设有进水口和出水口，内部沿进水至出水方向通过竖向设置的第一导流板分为顶部连通的产H₂S区和产CH₄区，厌氧曲折流式反应单元对应产H₂S区的侧面靠近顶部设有H₂S排气管道，对应产CH₄区的侧面靠近顶部设有CH₄排气管道；生物滴滤反应单元顶部设有出气管，内部自上而下依次包括进水喷淋层、硫自养反硝化菌填料层、反冲洗系统、布气系统和回流区，对应回流区的侧面设有排水口和与进水喷淋层连通的回流口，布气系统与H₂S排气管道连通。

Description

一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，具体涉及一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器。

背景技术

随着工业化的不断推进，特别是化工、制药、制革、造纸、发酵、食品加工和采矿等领域的快速发展，产生了大量高浓度含硫有机废水，废水中的含硫化合物若不经处理直接排入水体会导致水体pH下降，改变水生动植物生境从而危害其生存，造成严重的环境污染问题。

此外，在厌氧条件下，含硫化合物易通过硫酸盐还原菌的作用转变成为H₂S，进而严重腐蚀处理设施和排水管道。不仅如此，当H₂S浓度积累到一定量时能引起人神经中毒，而且它还是酸雨的成因之一。

另一方面，随着化肥在农业生产过程中的广泛使用，大量的氮素流失进入水体导致水体中氮含量不断升高。有研究资料表明，在我国北方地区，由于硝态氮肥的大量施用，地下水与饮用水均受到不同程度的硝氮的污染，水体中的硝酸盐不仅会造成水体富营养化，还可以被微生物转化为致癌的亚硝酸盐，从而通过食物链对人体产生潜在危害。

公开号为CN101050031A的专利说明书公开了一种同步去除废水中有机物、硫化物和硝酸盐的方法及反应器。反应器是固定床生物膜反应器，填料为火山岩或活性炭，筒体内腔的中下部形成了反应区，筒体内腔的上部形成了沉淀区，集气室内腔的中上部形成了气体收集区，集气室内腔的底部与溢水堰之间形成了储水区。

迄今已有很多分别处理含硫有机废水和含硝酸盐废水的方法，但如何同时处理含硫有机废水和含硝酸盐废水，且在处理的同时实现资源的回收比较困难，因此非常必要寻找一种高效的协同处理含硫有机废水和含硝酸盐废水的方法并实现资源化利用。

实用新型内容

针对本领域存在的不足之处，以及无法资源化处理含硫有机废水、含硝酸盐废水的问题，本实用新型提供了一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，占地紧凑、运行稳定、可实现资源回收和协同处理含硫有机废水和含硝酸盐废水。

一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，包括反应器主体，所述反应器主体通过横向隔板分隔为位于上部用于处理含硝酸盐废水的生物滴滤反应单元和位于下部用于处理含硫有机废水的厌氧曲折流式反应单元；

所述厌氧曲折流式反应单元侧面设有进水口和出水口，内部沿进水至出水方向通过竖向设置的第一导流板划分为顶部连通的产H₂S区和产CH₄区，所述厌氧曲折流式反应单元对应所述产H₂S区的侧面靠近顶部设有H₂S排气管道，对应所述产CH₄区的侧面靠近顶部设有CH₄排气管道；

所述生物滴滤反应单元顶部设有出气管，内部自上而下依次包括进水喷淋层、硫自养反硝化菌填料层、反冲洗系统、布气系统和回流区，对应所述回流区的侧面设有排水口和与所述进水喷淋层连通的回流口，所述布气系统与所述H₂S排气管道连通。

本实用新型的一体式反应器的工作流程如下：

含硫有机废水从厌氧曲折流式反应单元的进水口进入，依次经过产H₂S区和产CH₄区后从出水口流出，实现含硫有机废水的两相厌氧消化反应处理。含硫有机废水在产H₂S区进行水解酸化，含硫化合物在水解酸化阶段实现还原，产生H₂S气体，进入H₂S排气管道，最终经布气系统进入生物滴滤反应单元，用于将硝酸盐还原为N₂，同时H₂S氧化为单质S，从而实现同步脱氮除硫。经水解酸化后的含硫有机废水在产CH₄区进行产甲烷反应，产生甲烷，进入CH₄排气管道后收集。由此可实现H₂S和CH₄的分别回收和处理。

含硝酸盐废水通过进水喷淋层均匀分布于生物滴滤反应单元中，在硫自养反硝化菌填料层中与H₂S气体充分接触，通过硫自养反硝化菌的作用实现同步脱氮除硫，产物为N₂和单质S。N₂通过出气管排出。单质S沉积在回流区，经排水口随处理后的含硝酸盐废水一同排出。

作为优选，所述产H₂S区内通过n块竖向设置的第二导流板划分为n+1个顶部连通的产H₂S隔室，n为正整数；

所述产CH₄区内通过m块竖向设置的第二导流板划分为m+1个顶部连通的产CH₄隔室，m为正整数。如此设计一方面可延长污水在分区内的流动路线，与微生物充分接触提高处理效率，另一方面可进一步截留两个分区内的污泥。

作为优选，所述厌氧曲折流式反应单元对应所述每个产H₂S隔室的侧面靠近顶部均设有H₂S排气子管道，所述每个H₂S排气子管道并联接入所述H₂S排气管道；

所述厌氧曲折流式反应单元对应所述每个产CH₄隔室的侧面靠近顶部均设有CH₄排气子管道，所述每个CH₄排气子管道并联接入所述CH₄排气管道。

作为优选，所述厌氧曲折流式反应单元对应所述每个产H₂S隔室和产CH₄隔室的侧面靠近底部均设有排泥口。

作为优选，所述每个产H₂S隔室和产CH₄隔室内均通过竖向设置的第三导流板划分为底部连通的下向流区和上向流区；

所述第三导流板底部向所述上向流区一侧弯折，以起到更好的导流作用。

作为优选，所述厌氧曲折流式反应单元内部形状为圆柱形，内设有高度与所述圆柱形高度相同的竖向隔板，所述竖向隔板、第一导流板、第二导流板、第三导流板的一条竖边重合于同一轴线，另一条竖边均与所述圆柱形侧面密封固定连接，所述进水口和出水口分设于所述竖向隔板两侧。竖向隔板可起到限制厌氧曲折流式反应单元内含硫有机废水流向的作用。

圆柱形反应单元具有占地面积小、抗冲击负荷能力强、污泥停留时间长、污泥沉降性能好且不易发生污泥流失、结构简单、抗水力与有机负荷冲击的能力强、运行稳定、水头损失小、不易发生堵塞等优点。

作为优选，所述出水口连接Z型管道，所述Z型管道的中间竖直段高度可调，一方面可防止气体溢出，另一方面可调整含硫有机废水在厌氧曲折流式反应单元内的水力停留时间以便达到更好地处理效果。

作为优选，所述排水口和回流口均连接管式过滤器；

所述管式过滤器内设有过滤膜，所述过滤膜两侧分别设有进水压力传感器和出水压力传感器，所述管式过滤器的进水端设有进水阀，出水端设有出水阀，所述管式过滤器底部设有排硫阀。

所述管式过滤器的工作原理如下：管式过滤器的进水阀和出水阀均为开启状态，回流区中处理后的含硝酸盐废水经过管式过滤器，单质硫被过滤膜截留而堵在过滤膜前，进水压力传感器监测到的压力逐渐增加，当进水压力传感器与出水压力传感器监测到的压力差达到预设值时，开启管式过滤器底部排硫阀，排出单质硫，进水压力传感器监测到的压力减小，恢复至与出水压力传感器监测到的压力相同，关闭排硫阀即可。如此实现单质硫的富集和回收。

所述布气系统通过调整管径以及气孔大小使得每个支管道上分布的气量相对平均，并在气压较大的位置设置小气孔，气压较小的位置设置大气孔的方式实现气体的均匀分布。作为优选，所述布气系统包括：

水平设置的布气主管道，一端与所述H₂S排气管道连通，另一端封闭；

水平对称设置于所述布气主管道两侧的布气支管道，一端与所述布气主管道连通，另一端封闭，所述布气主管道上沿气体流动方向的布气支管道管径逐渐增大，所述布气支管道上设有朝上的气孔，所述布气支管道上沿远离所述布气主管道方向的气孔孔径逐渐增大。

作为优选，所述出气管内设有单向排气阀，避免外接气体进入生物滴滤反应单元。

作为优选，所述进水喷淋层的进水管路上设有pH实时监测器，用于监控保证进入的含硝酸盐废水pH大于7，有利于硫自养反硝化的进行。

本实用新型与现有技术相比，主要优点包括：

(1)反应器结构为圆柱形，在保证出水水质达标的前提下，减小了占地面积。

(2)通过厌氧曲折流式反应单元实现两相厌氧消化，在不同的隔室中分别收集H₂S和CH₄，H₂S通过布气系统进入生物滴滤反应单元中，与硝酸盐废水充分接触并通过硫自养反硝化脱氮除硫实现以废治废。

(3)通过设置管式过滤器用于硫单质的回收，实现资源化，所以该一体式反应器提供了一种低成本、小体积并能回收能源的废水处理方案。

附图说明

图1为实施例的一体式反应器的结构示意图；

图2为实施例的一体式反应器的厌氧曲折流式反应单元的俯视结构示意图；

图3为实施例的一体式反应器的厌氧曲折流式反应单元的展开结构示意图；

图4为实施例的一体式反应器的管式过滤器的结构示意图；

图5为实施例的一体式反应器的布气系统的俯视结构示意图；

图中：1-进水口，2、4、6、8-第三导流板，3、7-第二导流板，5-第一导流板，9-竖向隔板，10、11、12、13-排泥口，14-Z型出水管道，15、16-H₂S排气子管道，17-H₂S排气管道，18、19-CH₄排气子管道，20-CH₄排气管道，21、22、23-水泵，24-回流区，25-布气系统，26-反冲洗管，27-填料层，28-进水喷淋层，29-单向排气阀，30-管式过滤器，31-转子流量计，32-pH实时监测器，33-进水压力传感器，34-进水阀，35-出水阀，36、40-气泵，37-布气主管道，38-布气支管道，39-气孔，41-出水压力传感器，42-排硫阀，43-过滤膜，A、B-产H₂S隔室，C、D-产CH₄隔室。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本实施例的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器可用于同时处理含硫有机废水和含硝酸盐废水，其结构如图1所示，包括反应器主体，反应器主体通过横向隔板分隔为位于上部用于处理含硝酸盐废水的生物滴滤反应单元和位于下部用于处理含硫有机废水的厌氧曲折流式反应单元。横向隔板完全阻隔生物滴滤反应单元和厌氧曲折流式反应单元内各自的废水。生物滴滤反应单元和厌氧曲折流式反应单元的容积比为1:1。

厌氧曲折流式反应单元的俯视结构如图2所示，展开结构如图3所示。厌氧曲折流式反应单元内部腔体形状为圆柱形，内部沿径向设有高度与所述圆柱形高度相同的竖向隔板9，竖向隔板9的底边、顶边分别与圆柱形底面、顶面密封固定，竖向隔板9的一条竖边与圆柱形中心轴线重合，另一条竖边与圆柱形侧面密封固定连接。竖向隔板9用于限制厌氧曲折流式反应单元内含硫有机废水流向。

圆柱形腔体内部还设有竖向的第一导流板5，第一导流板5与竖向隔板9位于同一纵向截面。第一导流板5顶边和圆柱形顶面留有间隙，底边与圆柱形底面密封固定，其中一条竖边与竖向隔板9密封固定连接，另一条竖边与圆柱形侧面密封固定连接。第一导流板5和竖向隔板9将圆柱形腔体分为两个半圆柱形、顶部连通的产H₂S区和产CH₄区。

圆柱形腔体内还设有位于同一纵向截面、且与第一导流板5垂直的两块第二导流板3、7。第二导流板3、7的一条竖边与竖向隔板9、第一导流板5密封固定连接，另一条竖边与圆柱形侧面密封固定连接，高度与第一导流板5相同，底边与圆柱形底面密封连接。第二导流板3将产H₂S区划分为两个相同的横截面为90°扇形的产H₂S隔室A、B。第二导流板7将产CH₄区划分为两个相同的横截面为90°扇形的产CH₄隔室C、D。

产H₂S隔室A内设有竖向的第三导流板2，第三导流板2顶边与圆柱形顶面密封固定连接，一条竖边与竖向隔板9、第一导流板5以及第二导流板3、7密封固定连接，另一条竖边与圆柱形侧面密封固定连接，底边与圆柱形底面留有间隙。第三导流板2将产H₂S隔室A划分为底部连通、体积比为1:3的下向流区和上向流区。下向流区由第三导流板2和竖向隔板9围成，上向流区由第三导流板2和第二导流板3围成。第三导流板2底部向所述上向流区一侧弯折并与水平方向呈45°角，以起到更好的导流作用。第三导流板2底边与产H₂S隔室A横截面的扇形顶角的角平分线重合。圆柱形腔体对应产H₂S隔室A的下向流区的侧面设有进水口1，进水口1距圆柱形腔体顶面的距离与圆柱形腔体高度之比为1:8。圆柱形腔体对应产H₂S隔室A的上向流区的侧面设有H₂S排气子管道15，H₂S排气子管道15距圆柱形腔体顶面的距离与圆柱形腔体高度之比为1:10。

与产H₂S隔室A的设计相同，产H₂S隔室B以及产CH₄隔室C、D内在相同的位置分别设有相同的第三导流板4、6、8，而且圆柱形腔体对应产H₂S隔室B以及产CH₄隔室C、D的上向流区的侧面相同位置分别设有H₂S排气子管道16以及CH₄排气子管道18、19。第三导流板2、4位于同一纵向截面，第三导流板6、8位于同一纵向横截面且与第三导流板2、4所在纵向截面垂直。H₂S排气子管道15、16并联接入H₂S排气管道17，H₂S排气管道17通过气泵36连接至布气系统25。CH₄排气子管道18、19并联接入设有气泵40的CH₄排气管道20。

圆柱形腔体对应产CH₄隔室D的上向流区的侧面设有Z型出水管道14，Z型出水管道14的进水端距圆柱形腔体底面的距离与圆柱形腔体高度之比为1:5。Z型出水管道14的中间竖直段高度可调，一方面可防止气体溢出，另一方面可调整含硫有机废水在厌氧曲折流式反应单元内的水力停留时间以便达到更好地处理效果。

圆柱形腔体对应产H₂S隔室A、B以及产CH₄隔室C、D的侧面中轴线上分别设有排泥口10～13，排泥口10～13距圆柱形腔体底面的距离与圆柱形腔体高度之比均为1:20。

生物滴滤反应单元顶部设有出气管，出气管内设有单向排气阀29，避免外接气体进入生物滴滤反应单元。

生物滴滤反应单元内部自上而下依次包括体积比为1:4:1:1:3的进水喷淋层28、填料层27、反冲洗系统、布气系统25和回流区24。生物滴滤反应单元对应回流区24的侧面设有排水口和回流口。

进水喷淋层28通过水泵22进水，其进水管路上还设有回流支路，回流支路上设有水泵21，回流支路和所述回流口连通。进水喷淋层28靠近喷淋口的进水管路干路上设有pH实时监测器32，以便可通过调节回流比以保证喷淋的含硝酸盐废水pH大于7，有利于硫自养反硝化的进行。

填料层27填充粒径为10mm的火山岩填料，火山岩填料上富集硫自养反硝化菌。

反冲洗系统包括反冲洗管26，以及设于反冲洗管26上的水泵23和转子流量计31。

如图5所示，布气系统25包括：

水平设置的布气主管道37，一端与H₂S排气管道17连通，另一端封闭；

水平对称设置于布气主管道37两侧的6根布气支管道38，一端与布气主管道37连通，另一端封闭。

布气主管道37上沿气体流动方向的布气支管道38管径逐渐增大，布气支管道38上设有朝上的气孔39，布气支管道38上沿远离布气主管道37方向的气孔39孔径逐渐增大。布气系统25通过调整管径以及气孔39大小使得每个布气支管道38上分布的气量相对平均，并在气压较大的位置设置小气孔，气压较小的位置设置大气孔的方式实现气体的均匀分布。

所述排水口和回流口均连接管式过滤器30。

如图4所示，管式过滤器30内设有用于截留单质硫的过滤膜43，过滤膜43两侧分别设有进水压力传感器33和出水压力传感器41。管式过滤器30的进水端设有进水阀34，出水端设有出水阀35。进水阀34和出水阀35在系统运行时可进行切换清洗。管式过滤器30腔体中心下部设有排硫阀42。

本实施例的一体式反应器的工作流程如下：

含硫有机废水从厌氧曲折流式反应单元的进水口1进入，在第一导流板5和第二导流板3、7以及第三导流板2、4、6、8的导流作用下曲折流式依次经过产H₂S隔室A、B和产CH₄隔室C、D后从Z型出水管道14流出，实现含硫有机废水的两相厌氧消化反应处理。含硫有机废水在产H₂S隔室A、B进行水解酸化，含硫化合物在水解酸化阶段实现还原，产生H₂S气体，分别通过H₂S排气子管道15、16进入H₂S排气管道17，最终经布气系统25进入生物滴滤反应单元，用于将硝酸盐还原为N₂，同时H₂S氧化为单质S，从而实现同步脱氮除硫。经水解酸化后的含硫有机废水在产CH₄隔室C、D进行产甲烷反应，产生的甲烷通过CH₄排气子管道18、19进入CH₄排气管道20后收集。由此可实现H₂S和CH₄的分别回收和处理。产H₂S隔室A、B和产CH₄隔室C、D中的污泥可通过排泥口10～11排出。

含硝酸盐废水通过进水喷淋层28均匀分布于生物滴滤反应单元中，经过填料层27时与H₂S气体充分接触，通过填料层27中火山岩上富含的硫自养反硝化菌的作用实现同步脱氮除硫，产物为N₂和单质S。N₂通过出气管排出。单质S沉积在回流区，经排水口随处理后的含硝酸盐废水一同排出。

由于管式过滤器30的存在，回流区中处理后的含硝酸盐废水经过管式过滤器30时，单质硫被过滤膜43截留而堵在过滤膜43前，进水压力传感器33监测到的压力逐渐增加，当进水压力传感器33与出水压力传感器41监测到的压力差达到预设值时，开启管式过滤器30底部排硫阀42，排出单质硫，进水压力传感器33监测到的压力减小，恢复至与出水压力传感器41监测到的压力相同，关闭排硫阀42即可。如此实现单质硫的富集和回收。

将本实施例的一体式反应器应用于化肥生产废水以及化工厂废水的协同处理中，经过处理后，化肥厂废水硝态氮的浓度由2000～2500mg/L降低至浓度由降低至100～130mg/L；造纸厂废水硫酸根的浓度由14800mg/L降低至200mg/L并实现85％硫单质的回收，其中COD浓度由10010mg/L降低至浓度由降低至400mg/L，处理效果良好。

此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，包括反应器主体，其特征在于，所述反应器主体通过横向隔板分隔为位于上部用于处理含硝酸盐废水的生物滴滤反应单元和位于下部用于处理含硫有机废水的厌氧曲折流式反应单元；

所述厌氧曲折流式反应单元侧面设有进水口和出水口，内部沿进水至出水方向通过竖向设置的第一导流板划分为顶部连通的产H₂S区和产CH₄区，所述厌氧曲折流式反应单元对应所述产H₂S区的侧面靠近顶部设有H₂S排气管道，对应所述产CH₄区的侧面靠近顶部设有CH₄排气管道；

所述生物滴滤反应单元顶部设有出气管，内部自上而下依次包括进水喷淋层、硫自养反硝化菌填料层、反冲洗系统、布气系统和回流区，对应所述回流区的侧面设有排水口和与所述进水喷淋层连通的回流口，所述布气系统与所述H₂S排气管道连通。

2.根据权利要求1所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述产H₂S区内通过n块竖向设置的第二导流板划分为n+1个顶部连通的产H₂S隔室，n为正整数；

所述产CH₄区内通过m块竖向设置的第二导流板划分为m+1个顶部连通的产CH₄隔室，m为正整数。

3.根据权利要求2所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述厌氧曲折流式反应单元对应所述每个产H₂S隔室的侧面靠近顶部均设有H₂S排气子管道，所述每个H₂S排气子管道并联接入所述H₂S排气管道；

所述厌氧曲折流式反应单元对应所述每个产CH₄隔室的侧面靠近顶部均设有CH₄排气子管道，所述每个CH₄排气子管道并联接入所述CH₄排气管道。

4.根据权利要求2所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述厌氧曲折流式反应单元对应所述每个产H₂S隔室和产CH₄隔室的侧面靠近底部均设有排泥口。

5.根据权利要求2所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述每个产H₂S隔室和产CH₄隔室内均通过竖向设置的第三导流板划分为底部连通的下向流区和上向流区；

所述第三导流板底部向所述上向流区一侧弯折。

6.根据权利要求5所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述厌氧曲折流式反应单元内部形状为圆柱形，内设有高度与所述圆柱形高度相同的竖向隔板，所述竖向隔板、第一导流板、第二导流板、第三导流板的一条竖边重合于同一轴线，另一条竖边均与所述圆柱形侧面密封固定连接，所述进水口和出水口分设于所述竖向隔板两侧。

7.根据权利要求1所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述出水口连接Z型管道，所述Z型管道的中间竖直段高度可调。

8.根据权利要求1所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述排水口和回流口均连接管式过滤器；

所述管式过滤器内设有过滤膜，所述过滤膜两侧分别设有进水压力传感器和出水压力传感器，所述管式过滤器的进水端设有进水阀，出水端设有出水阀，所述管式过滤器底部设有排硫阀。

9.根据权利要求1所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述布气系统包括：

水平设置的布气主管道，一端与所述H₂S排气管道连通，另一端封闭；

水平对称设置于所述布气主管道两侧的布气支管道，一端与所述布气主管道连通，另一端封闭，所述布气主管道上沿气体流动方向的布气支管道管径逐渐增大，所述布气支管道上设有朝上的气孔，所述布气支管道上沿远离所述布气主管道方向的气孔孔径逐渐增大。

10.根据权利要求1所述的实现资源化脱氮除硫的一体式反应器，其特征在于，所述出气管内设有单向排气阀；

所述进水喷淋层的进水管路上设有pH实时监测器。

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