本发明公开了一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置。装置从下到上设有化学絮凝沉淀区、亚铁盐补充区、脱氮除磷区和三相分离区。化学絮凝沉淀区设有固液分离除磷区和慢速絮凝除磷区，亚铁盐补充区设有零价铁填充区，脱氮除磷区由内向外设有快速沉淀除磷区和铁氧化生物脱氮区，三相分离区设有释气区和沉淀区，沉淀区设有生物污泥排放口、回流口、溢流堰和出水口。本发明可实现除磷过程和脱氮过程的基质循环利用，利用生物脱氮自生高铁盐化学除磷剂，降低除磷成本；利用酸性高铁盐除磷反应液溶解廉价的铁渣/铁屑等零价铁，为生物脱氮提供亚铁盐基质，以废治废；利用自养生物脱氮，有效解决废水生物脱氮过程中碳源不足的问题。
1.一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：装置从下到上依次设有化学絮凝沉淀区（I）、亚铁盐补充区（II）、脱氮除磷区（III）和三相分离区（IV）；化学絮凝沉淀区（I）自下到上设有固液分离除磷区（2）和慢速絮凝除磷区（5），固液分离除磷区（2）底部中心设有化学污泥排放口（1），固液分离除磷区（2）和慢速絮凝除磷区（5）直接贯通，慢速絮凝除磷区（5）上部中心处设有喇叭口（4）；化学絮凝沉淀区（I）顶部通过承托板（6）与亚铁盐补充区（II）相连并贯通，亚铁盐补充区（II）内部设有零价铁填充区（7）；亚铁盐补充区（II）顶部通过柱盘式升流布水器（8）与脱氮除磷区（III）相连，脱氮除磷区（III）由内向外依次设有快速沉淀除磷区（9）中段和铁氧化生物脱氮区（10），快速沉淀除磷区（9）下段位于化学絮凝沉淀区（I）内，快速沉淀除磷区（9）下段端部设有喇叭口（4），喇叭口（4）下方设有反射板（3），快速沉淀除磷区（9）中段上部自下而上依次设有进药布水器（12）和锥形进水口（14），进药布水器（12）与进药管（11）相连，锥形进水口（14）与进水管（13）相连；脱氮除磷区（III）通过铁氧化生物脱氮区（10）顶部与三相分离区（IV）贯通，三相分离区（IV）由内向外依次设有快速沉淀除磷区（9）上段、释气区（16）和沉淀区（17），释气区（16）和沉淀区（17）通过挡泥板（15）分隔，三相分离区（IV）下部设有生物污泥排放口（21），三相分离区（IV）上部设有回流口（20）、溢流堰（18）和出水口（19）。
2.根据权利要求1所述的一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述的喇叭口（4）位于慢速絮凝除磷区（5）上部1/4~1/3处。
3.根据权利要求1所述的一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述的进药布水器（12）位于快速沉淀除磷区（9）中段上部1/4~1/3处，锥形进水口（14）位于快速沉淀除磷区（9）中段上部1/5~1/4处。
4.根据权利要求1所述的一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述的快速沉淀除磷区（9）中段与铁氧化生物脱氮区（10）截面积比例为1：
5.根据权利要求1所述的一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述的慢速絮凝除磷区（5）与铁氧化生物脱氮区（10）高度比例为1：5~10。
6.根据权利要求1所述的一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述的回流口（20）位于沉淀区（17）上部1/3~1/2处，回流口（20）回流液流量与锥形进水口（14）进水流量比例为0.4~3.0。
7.根据权利要求1所述的一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置，其特征在于：所述的化学絮凝沉淀区（I）底部倾角α为55°，反射板（3）锥角β为17°，三相分离区（IV）底部倾角γ为50°，快速沉淀除磷区（9）中段上端部倾角δ均为145°，挡泥板（18）下端部倾角ε为140°。
一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置
技术领域
[0001] 本发明涉及脱氮除磷装置，尤其涉及一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置。
背景技术
[0002] 水体富营养化是我国面临的一个重要环境问题。根据我国《全国环境统计公报》和《中国环境状况公报》，2012 年在62个国控重点湖泊（水库）中，富营养状态水体占86.7%，引起水体富营养化的主要污染指标是总氮和总磷。因此，废水脱氮除磷成了防治水体富营养化的重要途径。
[0003] 废水生物处理技术是常用的废水处理技术。废水经过生物处理（二级处理），COD浓度基本达标，但氮磷浓度超标依然严重。对于这类低C:N:P比废水处理，传统废水生物脱氮（硝化-反硝化）工艺和生物除磷（好氧吸磷-厌氧释磷）工艺已显乏力，这是因为这些生物过程需要电子供体，通常由有机物提供。因此，新型脱氮除磷工艺开发迫在眉睫。
[0004] 化学沉淀法是一种重要的废水除磷技术。高铁盐因其除磷效率高，稳定性强等优点而被广泛应用。然而，实用发现，高铁盐除磷技术也面临药剂成本高、消耗量大等缺点。因此，经济廉价的高铁盐来源拓展十分必要。
[0005] 硝酸盐型厌氧铁氧化（Nitrate-dependent Anaerobic Ferrous Oxidation, NAFO）是环境领域和微生物领域的重大发现，即在厌氧条件下，一些微生物能够以亚铁盐为电子供体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为N2，同时将亚铁盐氧化为高铁盐（式1）。由于NAFO为自养生物反应过程，利用该反应进行废水脱氮，可有效缓解废水生物脱氮中碳源不足的问3+
题。另一方面，NAFO脱氮过程产生的Fe 可为废水化学除磷提供高铁盐来源。
[0006] 10FeCO3 + 2NO3- + 24H2O → 10Fe(OH)3 + N2 + 10HCO3- + 8H+ (1)[0007] 高铁盐除磷反应后溶液呈酸性，可将廉价的铁屑/铁渣等零价铁（常见工业废弃2+
物）溶解产生Fe ，为NAFO脱氮过程提供基质（电子供体）。最终实现自生高铁盐化学除磷过程与厌氧铁氧化生物脱氮过程一体化。
[0008] 由上述自生高铁盐化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮化一体化工艺原理可知，该工艺可实现除磷过程和脱氮过程的基质循环利用。通过回流NAFO反应产物，为化学除磷提供高铁盐沉淀剂，降低除磷成本；通过高铁盐除磷后的酸性反应液溶解廉价的铁屑/铁渣等零价铁，为生物脱氮提供亚铁盐基质，实现以废治废；通过采用NAFO自养生物脱氮，有效解决废水生物脱氮除磷过程中碳源不足的问题。
发明内容
[0009] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置。
[0010] 自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置从下到上依次设有化学絮凝沉淀区、亚铁盐补充区、脱氮除磷区和三相分离区；化学絮凝沉淀区自下到上设有固液分离除磷区和慢速絮凝除磷区，固液分离除磷区底部中心设有化学污泥排放口，固液分离除磷区和慢速絮凝除磷区直接贯通，慢速絮凝除磷区上部中心处设有喇叭口；化学絮凝沉淀区顶部通过承托板与亚铁盐补充区相连并贯通，亚铁盐补充区内部设有零价铁填充区；亚铁盐补充区顶部通过柱盘式升流布水器与脱氮除磷区相连，脱氮除磷区由内向外依次设有快速沉淀除磷区中段和铁氧化生物脱氮区，快速沉淀除磷区下段位于化学絮凝沉淀区内，快速沉淀除磷区下段端部设有喇叭口，喇叭口下方设有反射板，快速沉淀除磷区中段上部自下而上依次设有进药布水器和锥形进水口，进药布水器与进药管相连，锥形进水口）与进水管相连；脱氮除磷区通过铁氧化生物脱氮区顶部与三相分离区贯通，三相分离区由内向外依次设有快速沉淀除磷区上段、释气区和沉淀区，释气区和沉淀区通过挡泥板分隔，三相分离区下部设有生物污泥排放口，三相分离区上部设有回流口、溢流堰和出水口。
[0011] 所述的喇叭口位于慢速絮凝除磷区上部1/4~1/3处。所述的进药布水器位于快速沉淀除磷区中段上部1/4~1/3处，锥形进水口位于快速沉淀除磷区中段上部1/5~1/4处。 所述的快速沉淀除磷区中段与铁氧化生物脱氮区截面积比例为1：20~40。所述的慢速絮凝除磷区与铁氧化生物脱氮区高度比例为1：5~10。所述的回流口位于沉淀区上部1/3~1/2处，回流口回流液流量与锥形进水口进水流量比例为0.4~3.0。所述的化学絮凝沉淀区底部倾角α为55°，反射板锥角β为17°，三相分离区底部倾角γ为50°，快速沉淀除磷区中段上端部倾角δ均为145°，挡泥板下端部倾角ε为140°。
[0012] 本发明与现有技术相比的有益效果是：1）反应器由化学絮凝沉淀区、亚铁盐补充区、脱氮除磷区和三相分离区四个单元组成，相邻单元功能互补，结构紧凑，占地面积小；2）通过结构巧妙设计，实现化学除磷过程和生物脱氮过程基质的循环利用，减少外加药剂量；3）通过回流厌氧铁氧化反应产物，为化学除磷提供高铁盐沉淀剂，降低除磷成本；4）通过高铁盐除磷后的酸性反应液溶解廉价的铁屑/铁渣等零价铁，为生物脱氮提供亚铁盐基质，以废治废；5）联合自养型生物脱氮工艺与化学除磷工艺于一体，有效解决废水生物脱氮除磷过程中的碳源不足问题。
附图说明
[0013] 图1是自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置结构剖面图；
[0014] 图2是自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置结构A-A截面图；
[0015] 图中：化学絮凝沉淀区I、亚铁盐补充区II、脱氮除磷反应区III、三相分离区IV；化学污泥排放口1、固液分离除磷区2、反射板3、喇叭口4、慢速絮凝除磷区5、承托板6、零价铁填充区7、柱盘式升流布水器8、快速沉淀除磷区9、铁氧化生物脱氮区10、进药管11、进药布水器12、进水管13、锥形进水口14、挡泥板15、释气区16、沉淀区17、溢流堰18、出水口
19、回流口20、生物污泥排放口21。
具体实施方式
[0016] 如图1、2所示，自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置从下到上依次设有化学絮凝沉淀区I、亚铁盐补充区II、脱氮除磷区III和三相分离区IV；化学絮凝沉淀区I自下到上设有固液分离除磷区2和慢速絮凝除磷区5，固液分离除磷区2底部中心设有化学污泥排放口1，固液分离除磷区2和慢速絮凝除磷区5直接贯通，慢速絮凝除磷区5上部中心处设有喇叭口4；化学絮凝沉淀区I顶部通过承托板6与亚铁盐补充区II相连并贯通，亚铁盐补充区II内部设有零价铁填充区7；亚铁盐补充区II顶部通过柱盘式升流布水器8与脱氮除磷区III相连，脱氮除磷区III由内向外依次设有快速沉淀除磷区9中段和铁氧化生物脱氮区10，快速沉淀除磷区9下段位于化学絮凝沉淀区I内，快速沉淀除磷区9下段端部设有喇叭口4，喇叭口4下方设有反射板3，快速沉淀除磷区9中段上部自下而上依次设有进药布水器12和锥形进水口14，进药布水器12与进药管11相连，锥形进水口14与进水管13相连；脱氮除磷区III通过铁氧化生物脱氮区10顶部与三相分离区IV贯通，三相分离区IV由内向外依次设有快速沉淀除磷区9上段、释气区16和沉淀区17，释气区16和沉淀区17通过挡泥板15分隔，三相分离区IV下部设有生物污泥排放口21，三相分离区IV上部设有回流口20、溢流堰18和出水口19。
[0017] 所述的喇叭口4位于慢速絮凝除磷区5上部1/4~1/3处。所述的进药布水器12位于快速沉淀除磷区9中段上部1/4~1/3处，锥形进水口14位于快速沉淀除磷区9中段上部1/5~1/4处。 所述的快速沉淀除磷区9中段与铁氧化生物脱氮区10截面积比例为1：20~40。所述的慢速絮凝除磷区5与铁氧化生物脱氮区10高度比例为1：5~10。所述的回流口20位于沉淀区17上部1/3~1/2处，回流口20回流液流量与锥形进水口14进水流量比例为0.4~3.0。所述的化学絮凝沉淀区I底部倾角α为55°，反射板3锥角β为17°，三相分离区IV底部倾角γ为50°，快速沉淀除磷区9中段上端部倾角δ均为145°，挡泥板18下端部倾角ε为140°。
[0018] 自生高铁化学除磷-厌氧铁氧化生物脱氮一体化装置可用PVC板和钢板制作，其工作过程如下：含硝氮/亚硝氮和磷的废水，以及由沉淀区17经回流口20回流的富含高铁盐溶液一起由进水管13进入装置快速沉淀除磷区9，混合液经锥形进水口14后流速得到提高，向下与经进药管11和进药布水器12进入装置的部分外加药剂充分混合，进行快速化学除磷过程；经快速化学除磷后的固液混合物向下流动，由与快速沉淀除磷区9下部相连的喇叭口4进入慢速絮凝除磷区5，在该区域进行慢速化学絮凝除磷过程，反应后的固体向下进入固液分离除磷区2进行固液分离，固体物质由化学污泥排放口1排出，反应后的液体（呈酸性）向上经承托板6进入亚铁盐补充区II的零价铁填充区7，将内部填充的铁屑/铁渣等零价铁材料溶解为二价铁；含二价铁的废水经柱盘式升流布水器8进入铁氧化生物脱氮区10进行生物脱氮；反应后的固液气混合物经生物脱氮区10上部进入三相分离区IV，其中，气体经释气区16排入大气，固液混合物经沉淀区17进行固液分离，液体由溢流堰18和出水口19排出反应器，固体由上部生物污泥排放口21排出反应器，沉淀区17中澄清溶液部分经回流口20进行回流。
