一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置。裝置從下到上設有化學絮凝沉淀區、亞鐵鹽補充區、脫氮除磷區和三相分離區。化學絮凝沉淀區設有固液分離除磷區和慢速絮凝除磷區，亞鐵鹽補充區設有零價鐵填充區，脫氮除磷區由內向外設有快速沉淀除磷區和鐵氧化生物脫氮區，三相分離區設有釋氣區和沉淀區，沉淀區設有生物污泥排放口、回流口、溢流堰和出水口。本發明可實現除磷過程和脫氮過程的基質循環利用，利用生物脫氮自生高鐵鹽化學除磷劑，降低除磷成本；利用酸性高鐵鹽除磷反應液溶解廉價的鐵渣/鐵屑等零價鐵，為生物脫氮提供亞鐵鹽基質，以廢治廢；利用自養生物脫氮，有效解決廢水生物脫氮過程中碳源不足的問題。
【專利說明】一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及脫氮除磷裝置，尤其涉及一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫
氮一體化裝置。
【背景技術】
[0002]水體富營養化是我國面臨的一個重要環境問題。根據我國《全國環境統計公報》和《中國環境狀況公報》，2012年在62個國控重點湖泊(水庫)中，富營養狀態水體占86.7%，引起水體富營養化的主要污染指標是總氮和總磷。因此，廢水脫氮除磷成了防治水體富營養化的重要途徑。
[0003]廢水生物處理技術是常用的廢水處理技術。廢水經過生物處理(二級處理)，COD濃度基本達標，但氮磷濃度超標依然嚴重。對于這類低C:N:P比廢水處理，傳統廢水生物脫氮(硝化-反硝化)工藝和生物除磷(好氧吸磷-厭氧釋磷)工藝已顯乏力，這是因為這些生物過程需要電子供體，通常由有機物提供。因此，新型脫氮除磷工藝開發迫在眉睫。
[0004]化學沉淀法是一種重要的廢水除磷技術。高鐵鹽因其除磷效率高，穩定性強等優點而被廣泛應用。然而，實用發現，高鐵鹽除磷技術也面臨藥劑成本高、消耗量大等缺點。因此，經濟廉價的高鐵鹽來源拓展十分必要。
[0005]硝酸鹽型厭氧鐵氧化(Nitrate-dependentAnaerobic Ferrous Oxidation,NAFO)是環境領域和微生物領域的重大發現，即在厭氧條件下，一些微生物能夠以亞鐵鹽為電子供體，將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為N2,同時將亞鐵鹽氧化為高鐵鹽(式I)。由于NAFO為自養生物反應過程，利用該反應進行廢水脫氮，可有效緩解廢水生物脫氮中碳源不足的問題。另一方面，NAFO脫氮過程產生的Fe3+可為廢水化學除磷提供高鐵鹽來源。
[0006]1OFeCO3 + 2N0-3 + 24H20 — 1OFe (OH)3 + N2 + lOHCO-3 + 8H+ (1)
高鐵鹽除磷反應后溶液呈酸性，可將廉價的鐵屑/鐵渣等零價鐵(常見工業廢棄物)溶解產生Fe2+，為NAFO脫氮過程提供基質(電子供體)。最終實現自生高鐵鹽化學除磷過程與厭氧鐵氧化生物脫氮過程一體化。
[0007]由上述自生高鐵鹽化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮化一體化工藝原理可知，該工藝可實現除磷過程和脫氮過程的基質循環利用。通過回流NAFO反應產物，為化學除磷提供高鐵鹽沉淀劑，降低除磷成本；通過高鐵鹽除磷后的酸性反應液溶解廉價的鐵屑/鐵渣等零價鐵，為生物脫氮提供亞鐵鹽基質，實現以廢治廢；通過采用NAFO自養生物脫氮，有效解決廢水生物脫氮除磷過程中碳源不足的問題。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置。
[0009]自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置從下到上依次設有化學絮凝沉淀區、亞鐵鹽補充區、脫氮除磷區和三相分離區；化學絮凝沉淀區自下到上設有固液分離除磷區和慢速絮凝除磷區，固液分離除磷區底部中心設有化學污泥排放口，固液分離除磷區和慢速絮凝除磷區直接貫通，慢速絮凝除磷區上部中心處設有喇叭口 ；化學絮凝沉淀區頂部通過承托板與亞鐵鹽補充區相連并貫通，亞鐵鹽補充區內部設有零價鐵填充區；亞鐵鹽補充區頂部通過柱盤式升流布水器與脫氮除磷區相連，脫氮除磷區由內向外依次設有快速沉淀除磷區中段和鐵氧化生物脫氮區，快速沉淀除磷區下段位于化學絮凝沉淀區內，快速沉淀除磷區下段端部設有喇叭口，喇叭口下方設有反射板，快速沉淀除磷區中段上部自下而上依次設有進藥布水器和錐形進水口，進藥布水器與進藥管相連，錐形進水口)與進水管相連；脫氮除磷區通過鐵氧化生物脫氮區頂部與三相分離區貫通，三相分離區由內向外依次設有快速沉淀除磷區上段、釋氣區和沉淀區，釋氣區和沉淀區通過擋泥板分隔，三相分離區下部設有生物污泥排放口，三相分離區上部設有回流口、溢流堰和出水口。
[0010]所述的喇叭口位于慢速絮凝除磷區上部1/4-1/3處。所述的進藥布水器位于快速沉淀除磷區中段上部1/4-1/3處，錐形進水口位于快速沉淀除磷區中段上部1/5~1/4處。所述的快速沉淀除磷區中段與鐵氧化生物脫氮區截面積比例為1:20-40。所述的慢速絮凝除磷區與鐵氧化生物脫氮區高度比例為1:5~10。所述的回流口位于沉淀區上部1/3~1/2處，回流口回流液流量與錐形進水口進水流量比例為0.1-3.0。所述的化學絮凝沉淀區底部傾角α為55°，反射板錐角β為17°，三相分離區底部傾角Y為50°，快速沉淀除磷區中段上端部傾角δ均為145°，擋泥板下端部傾角ε為140°。
[0011]本發明與現有技術相比的有益效果是:1)反應器由化學絮凝沉淀區、亞鐵鹽補充區、脫氮除磷區和三相分離區四個單元組成，相鄰單元功能互補，結構緊湊，占地面積小；2)通過結構巧妙設計，實現化學除磷過程和生物脫氮過程基質的循環利用，減少外加藥劑量；3)通過回流厭氧鐵氧化反應產物，為化學除磷提供高鐵鹽沉淀劑，降低除磷成本；4)通過高鐵鹽除磷后的酸性反應液溶解廉價的鐵屑/鐵渣等零價鐵，為生物脫氮提供亞鐵鹽基質，以廢治廢；5)聯合自養型生物脫氮工藝與化學除磷工藝于一體，有效解決廢水生物脫氮除磷過程中的碳源不足問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置結構剖面圖；
圖2是自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置結構A-A截面圖；
圖中:化學絮凝沉淀區1、亞鐵鹽補充區I1、脫氮除磷反應區II1、三相分離區IV ;化學污泥排放口 1、固液分離除磷區2、反射板3、喇叭口 4、慢速絮凝除磷區5、承托板6、零價鐵填充區7、柱盤式升流布水器8、快速沉淀除磷區9、鐵氧化生物脫氮區10、進藥管11、進藥布水器12、進水管13、錐形進水口 14、擋泥板15、釋氣區16、沉淀區17、溢流堰18、出水口 19、回流口 20、生物污泥排放口 21。
【具體實施方式】
[0013]如圖1、2所示，自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置從下到上依次設有化學絮凝沉淀區1、亞鐵鹽補充區I1、脫氮除磷區III和三相分離區IV;化學絮凝沉淀區I自下到上設有固液分離除磷區2和慢速絮凝除磷區5，固液分離除磷區2底部中心設有化學污泥排放口 1，固液分離除磷區2和慢速絮凝除磷區5直接貫通，慢速絮凝除磷區5上部中心處設有喇叭口 4 ;化學絮凝沉淀區I頂部通過承托板6與亞鐵鹽補充區II相連并貫通，亞鐵鹽補充區II內部設有零價鐵填充區7 ;亞鐵鹽補充區II頂部通過柱盤式升流布水器8與脫氮除磷區III相連，脫氮除磷區III由內向外依次設有快速沉淀除磷區9中段和鐵氧化生物脫氮區10，快速沉淀除磷區9下段位于化學絮凝沉淀區I內，快速沉淀除磷區9下段端部設有喇叭口 4，喇叭口 4下方設有反射板3，快速沉淀除磷區9中段上部自下而上依次設有進藥布水器12和錐形進水口 14，進藥布水器12與進藥管11相連，錐形進水口 14與進水管13相連；脫氮除磷區III通過鐵氧化生物脫氮區10頂部與三相分離區IV貫通，三相分離區IV由內向外依次設有快速沉淀除磷區9上段、釋氣區16和沉淀區17，釋氣區16和沉淀區17通過擋泥板15分隔，三相分離區IV下部設有生物污泥排放口 21，三相分離區IV上部設有回流口 20、溢流堰18和出水口 19。
[0014]所述 的喇叭口 4位于慢速絮凝除磷區5上部1/4~1/3處。所述的進藥布水器12位于快速沉淀除磷區9中 段上部1/4~1/3處，錐形進水口 14位于快速沉淀除磷區9中段上部1/5~1/4處。所述的快速沉淀除磷區9中段與鐵氧化生物脫氮區10截面積比例為1:20-40。所述的慢速絮凝除磷區5與鐵氧化生物脫氮區10高度比例為1:5~10。所述的回流口 20位于沉淀區17上部1/3~1/2處，回流口 20回流液流量與錐形進水口 14進水流量比例為0.1~3.0。所述的化學絮凝沉淀區I底部傾角α為55°，反射板3錐角β為17°，三相分離區IV底部傾角Y為50°，快速沉淀除磷區9中段上端部傾角δ均為145°，擋泥板18下端部傾角ε為140°。
[0015]自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置可用PVC板和鋼板制作，其工作過程如下:含硝氮/亞硝氮和磷的廢水，以及由沉淀區17經回流口 20回流的富含高鐵鹽溶液一起由進水管13進入裝置快速沉淀除磷區9，混合液經錐形進水口 14后流速得到提高，向下與經進藥管11和進藥布水器12進入裝置的部分外加藥劑充分混合，進行快速化學除磷過程；經快速化學除磷后的固液混合物向下流動，由與快速沉淀除磷區9下部相連的喇叭口 4進入慢速絮凝除磷區5，在該區域進行慢速化學絮凝除磷過程，反應后的固體向下進入固液分離除磷區2進行固液分離，固體物質由化學污泥排放口 I排出，反應后的液體(呈酸性)向上經承托板6進入亞鐵鹽補充區II的零價鐵填充區7，將內部填充的鐵屑/鐵渣等零價鐵材料溶解為二價鐵；含二價鐵的廢水經柱盤式升流布水器8進入鐵氧化生物脫氮區10進行生物脫氮；反應后的固液氣混合物經生物脫氮區10上部進入三相分離區IV，其中，氣體經釋氣區16排入大氣，固液混合物經沉淀區17進行固液分離，液體由溢流堰18和出水口 19排出反應器，固體由上部生物污泥排放口 21排出反應器，沉淀區17中澄清溶液部分經回流口 20進行回流。
【權利要求】
1.一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:裝置從下到上依次設有化學絮凝沉淀區(I)、亞鐵鹽補充區(II)、脫氮除磷區(III)和三相分離區(IV);化學絮凝沉淀區(I)自下到上設有固液分離除磷區(2)和慢速絮凝除磷區(5)，固液分離除磷區(2)底部中心設有化學污泥排放口( 1)，固液分離除磷區(2)和慢速絮凝除磷區(5)直接貫通，慢速絮凝除磷區(5)上部中心處設有喇叭口(4);化學絮凝沉淀區(I)頂部通過承托板(6)與亞鐵鹽補充區(II)相連并貫通，亞鐵鹽補充區(II)內部設有零價鐵填充區(7);亞鐵鹽補充區(II)頂部通過柱盤式升流布水器(8)與脫氮除磷區(III)相連，脫氮除磷區(III)由內向外依次設有快速沉淀除磷區(9)中段和鐵氧化生物脫氮區(10)，快速沉淀除磷區(9)下段位于化學絮凝沉淀區(I)內，快速沉淀除磷區(9)下段端部設有喇叭口(4)，喇叭口(4)下方設有反射板(3)，快速沉淀除磷區(9)中段上部自下而上依次設有進藥布水器(12)和錐形進水口( 14)，進藥布水器(12)與進藥管(11)相連，錐形進水口( 14)與進水管(13)相連；脫氮除磷區(III)通過鐵氧化生物脫氮區(10)頂部與三相分離區(IV)貫通，三相分離區(IV)由內向外依次設有快速沉淀除磷區(9)上段、釋氣區(16)和沉淀區(17)，釋氣區(16)和沉淀區(17)通過擋泥板(15)分隔，三相分離區(IV)下部設有生物污泥排放口(21)，三相分離區(IV)上部設有回流口(20)、溢流堰(18)和出水口( 19)。
2.根據權利要求1所述的一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:所述的喇叭口(4)位于慢速絮凝除磷區(5)上部1/1~1/3處。
3.根據權利要求1所述的一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:所述的進藥布水器(12)位于快速沉淀除磷區(9)中段上部1/1~1/3處，錐形進水口( 14)位于快速沉淀除磷區(9)中段上部1/5~1/4處。
4.根據權利要求1所述的一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:所述的快速沉淀除磷區(9)中段與鐵氧化生物脫氮區(10)截面積比例為1:20~40。
5.根據權利要求1所述的一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:所述的慢速絮凝除磷區(5)與鐵氧化生物脫氮區(10)高度比例為1:5~10。
6.根據權利要求1所述的一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:所述的回流口(20)位于沉淀區(17)上部1/3~1/2處，回流口(20)回流液流量與錐形進水口(14)進水流量比例為0.1~3.0。
7.根據權利要求1所述的一種自生高鐵化學除磷-厭氧鐵氧化生物脫氮一體化裝置，其特征在于:所述的化學絮凝沉淀區(I)底部傾角α為55°，反射板(3)錐角β為17°，三相分離區(IV)底部傾角Y為50°，快速沉淀除磷區(9)中段上端部傾角δ均為145°，擋泥板(18)下端部傾角ε為140°。
【文檔編號】C02F1/52GK103693806SQ201310650276
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】鄭平, 張萌, 王茹, 沈小晶, 張宗和, 詹恩超, 張吉強, 王振希 申請人:浙江大學