一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，包括反应器本体、设于反应器内部的若干隔板和套筒，反应器本体自下而上设有布水单元、排渣单元、反应单元、三相分离单元、出水排气单元；反应单元被隔板和套筒分为全程自养脱氮反应区、化学除磷区、回流溶解区、反硝化脱氮区；布水单元设有进水口、曝气头；排渣单元在反应器回流溶解区和化学除磷区底端，设有排渣口；三相分离单元在全程自养脱氮反应区和反硝化脱氮区顶部设有导流隔板；出水排气单元包括出水槽、出水口、集气罩、排气口。本发明的有益效果是：利用溶解铁屑、铁渣等工业废弃物提供脱氮基质，既节省碳源，又脱氮彻底，以废治废的同时还能实现磷资源的回收利用，一举多得。
1.一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：包括反应器本体、设于反应器内部的若干隔板和套筒，所述的反应器本体自下而上设有布水单元、排渣单元、反应单元、三相分离单元、出水单元；所述的反应单元被第一隔板、第二隔板、第三隔板和套筒分为全程自养脱氮反应区Ⅰ、化学除磷区Ⅱ、回流溶解区Ⅲ、反硝化脱氮区Ⅳ，其中所述的反硝化脱氮区Ⅳ被第四隔板分隔成降流反硝化脱氮区Ⅳ-1和升流反硝化脱氮区Ⅳ-2；所述的全程自养脱氮反应区Ⅰ通过第三隔板与降流反硝化脱氮区Ⅳ-1分隔，全程自养脱氮反应区Ⅰ通过第一隔板与化学除磷区Ⅱ分隔，化学除磷区Ⅱ通过第二隔板与升流反硝化脱氮区Ⅳ-2分隔，回流溶解区Ⅲ为套筒内区域；所述的布水单元设有进水口、曝气头，所述的曝气头的出气口指向反应器本体上方；所述的排渣单元设置在反应器化学除磷区Ⅱ和回流溶解区Ⅲ底端，并且相应的反应器本体的底部设有相应的排渣口；所述的三相分离单元在全程自养脱氮反应区Ⅰ和反硝化脱氮区Ⅳ顶部分别设有第一导流隔板、第二导流隔板；所述的出水单元包括出水槽、出水口、集气罩、排气口，所述的集气罩安装在所述的反应器本体的顶部、并与所述的反应器本体的内腔保持连通；所述的排气口设置在所述的集气罩的顶端；所述的出水口设置在反应器本体顶端。
2.如权利要求1所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的反应器本体呈圆柱状，所述的套筒的直径和所述的反应器主体的内径比为1:2～3。
3.如权利要求1所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的反应单元通过所述的第一隔板、第二隔板、第三隔板等分为全程自养脱氮反应区Ⅰ、化学除磷区Ⅱ、回流溶解区Ⅲ、反硝化脱氮区Ⅳ，其中各区体积比为1:1:1:1。
4.如权利要求3所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的反硝化脱氮区Ⅳ通过所述的第四隔板等分为降流反硝化脱氮区Ⅳ-1和升流反硝化脱氮区Ⅳ-2，且两区底部连通，所述的第四隔板与反应器本体高度比为1:1.2～1.5。
5.如权利要求1所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的第一隔板和第二隔板顶端分别设有防倒流的第一直角连通管、第二直角连通管，且所述的第一直角连通管、第二直角连通管均位于溢流堰外壁和混合槽内壁之间；所述的第一直角连通管、第二直角连通管开口向上，并与所述的出水口处于同一高度；所述的化学除磷区Ⅱ中下部设有开口向下的第三直角连通管。
6.如权利要求4所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的回流溶解区Ⅲ上端设有管式水流推进器，水流从回流溶解区Ⅲ流向反硝化脱氮区Ⅳ，流量等于两倍的进水流量。
7.如权利要求6所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的回流溶解区Ⅲ中部填料为铁屑或铁渣，填料随着反应过程的消耗进行补充和更换。
8.如权利要求1所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的第一导流隔板、第二导流板之间的夹角α为135°。
9.如权利要求1所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的填料下部设有承托板，承托板上均匀开有小孔。
10.如权利要求5所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：所述的集气罩分别通过卡槽与所有的隔板固定，其中所述的卡槽深度小于圆台高度。
一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器。
背景技术
[0002] 近年来含氮磷废水的过量排放，造成了水体富营养化等一系列生态环境问题。含氨氮、磷酸盐废水的高效低耗处理一直是污水处理领域的难题，面对低C:N:P比的废水，传统的硝化-反硝化工艺和厌氧-好氧生物除磷技术如今已黔驴技穷。
[0003] 高铁盐化学除磷技术具有除磷效率高、稳定性强等优点，但是消耗量大成本高制约其广泛使用。
[0004] 一体式全程自养脱氮工艺(式(1))具有无需外加有机碳源、脱氮负荷高、基建成本低，结构紧凑，装置运行和控制简单等优点，并且能有效避免由于亚硝酸盐累积造成的抑制。但是存在以下几个突出的问题：(1)以往的全程自养脱氮工艺脱氮不完全，出水中含有一定浓度的硝酸盐；(2)除磷效果不明显。
[0005] 针对这些问题，本发明提出了一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器。用铁盐型反硝化(式(2))产生的三价铁离子沉淀掉全程自养脱氮反应区的出水中的磷(式(3))，由于铁盐型反硝化和全程自养脱氮反应产酸，可为三价铁盐除磷提供适合的酸性条件。除磷后的废水仍呈酸性，可用来溶解廉价的铁屑或者铁渣产生亚铁离子，既为铁盐型反硝化提供基质，又降低废水酸度。铁盐型反硝化反应将亚铁离子氧化为三价铁离子，此后反硝化脱氮区出水与全程自养脱氮区出水混合，从而高效沉淀掉废水中含有的磷酸盐。最终实现自养生物脱氮与化学除磷的完美结合，无需外加碳源还能以废治废，一举多得。
[0006] NH3+0.85O2→0.11NO3-+0.44N2+1.43H2O+0.14H+ (1)
[0007] 10Fe2++2NO3-+24H2O→10Fe(OH)3+N2+18H+ (2)
[0008] Fe3++PO43-→FePO4 (3)
发明内容
[0009] 本发明针对目前的全程自养脱氮工艺脱氮不完全、出水中含有一定浓度的硝酸盐、除磷效果不明显的问题，提出了一种脱氮除磷效果明显、结构简单的一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器。
[0010] 本发明所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，其特征在于：包括反应器本体、设于反应器内部的若干隔板和套筒，所述的反应器本体自下而上设有布水单元、排渣单元、反应单元、三相分离单元、出水单元；所述的反应单元被第一隔板、第二隔板、第三隔板和套筒分为全程自养脱氮反应区Ⅰ、化学除磷区Ⅱ、回流溶解区Ⅲ、反硝化脱氮区Ⅳ，其中所述的反硝化脱氮区Ⅳ被第四隔板分隔成降流反硝化脱氮区Ⅳ-1和升流反硝化脱氮区Ⅳ-2；所述的全程自养脱氮反应区Ⅰ通过第三隔板与降流反硝化脱氮区Ⅳ-1分隔，全程自养脱氮反应区Ⅰ通过第一隔板与化学除磷区Ⅱ分隔，化学除磷区Ⅱ通过第二隔板与升流反硝化脱氮区Ⅳ-2分隔，回流溶解区Ⅲ为套筒内区域；所述的布水单元设有进水口、曝气头，所述的曝气头的出气口指向反应器本体上方；所述的排渣单元设置在反应器化学除磷区Ⅱ和回流溶解区Ⅲ底端，并且相应的反应器本体的底部设有相应的排渣口；所述的三相分离单元在全程自养脱氮反应区Ⅰ和反硝化脱氮区Ⅳ顶部分别设有第一导流隔板、第二导流隔板；所述的出水单元包括出水槽、出水口、集气罩、排气口，所述的集气罩安装在所述的反应器本体的顶部、并与所述的反应器本体的内腔保持连通；所述的排气口设置在所述的集气罩的顶端；所述的出水口设置在反应器本体顶端。
[0011] 所述的反应器本体呈圆柱状，所述的套筒的直径和所述的反应器主体的内径比为1:2～3。
[0012] 所述的反应单元通过所述的第一隔板、第二隔板、第三隔板等分为全程自养脱氮反应区Ⅰ、化学除磷区Ⅱ、回流溶解区Ⅲ、反硝化脱氮区Ⅳ，其中各区体积比为1:1:1:1。
[0013] 所述的反硝化脱氮区Ⅳ通过所述的第四隔板等分为降流反硝化脱氮区Ⅳ-1和升流反硝化脱氮区Ⅳ-2，且两区底部连通，所述的第四隔板与反应器本体高度比为1:1.2～1.5。
[0014] 所述的第一隔板和第二隔板顶端分别设有防倒流的第一直角连通管、第二直角连通管，且所述的第一直角连通管、第二直角连通管均位于溢流堰外壁和混合槽内壁之间；所述的第一直角连通管、第二直角连通管开口向上，并与所述的出水口处于同一高度；所述的化学除磷区Ⅱ中下部设有开口向下的第三直角连通管。
[0015] 所述的回流溶解区Ⅲ上端设有管式水流推进器，水流从回流溶解区Ⅲ流向反硝化脱氮区Ⅳ，流量等于两倍的进水流量。
[0016] 所述的回流溶解区Ⅲ中部填料为铁屑或铁渣，填料随着反应过程的消耗进行补充和更换。
[0017] 所述的第一导流隔板、第二导流隔板之间的夹角α为135°。
[0018] 所述的填料下部设有承托板，承托板上均匀开有小孔。
[0019] 所述的集气罩分别通过卡槽与所有的隔板固定，其中所述的卡槽深度小于圆台高度。
[0020] 本发明专利的优点主要体现在：①在一个装置内实现了全程自养脱氮耦合铁盐型反硝化工艺，从而解决全程自养生物脱氮工艺脱氮不完全的问题；②利用铁盐型反硝化产生的三价铁实现高效化学除磷；③利用全程自养脱氮反应和铁盐型反硝化反应出水的酸溶解铁渣和铁屑，不仅能为后续铁盐型反硝化提供电子供体，实现以废治废，还能使铁盐型反硝化进水处于合适的pH范围内，一举多得。
附图说明
[0021] 图1是本发明的结构原理示意图。
[0022] 图2是本发明的反应单元的分区示意图。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图进一步说明本发明
[0024] 参照附图：
[0025] 本发明所述的一种一体式自养生物脱氮协同化学除磷反应器，包括反应器本体、设于反应器内部的若干隔板和套筒，所述的反应器本体自下而上设有布水单元、排渣单元、反应单元、三相分离单元、出水单元；所述的反应单元被第一隔板11、第二隔板15、第三隔板21和套筒24分为全程自养脱氮反应区Ⅰ、化学除磷区Ⅱ、回流溶解区Ⅲ、反硝化脱氮区Ⅳ，其中所述的反硝化脱氮区Ⅳ被第四隔板20分隔成降流反硝化脱氮区Ⅳ-1和升流反硝化脱氮区Ⅳ-2；所述的布水单元设有进水口1、曝气头25，所述的曝气头25的出气口指向反应器本体上方；所述的排渣单元设置在反应器化学除磷区Ⅱ和回流溶解区Ⅲ底端，并且相应的反应器本体的底部设有相应的排渣口2、26；所述的三相分离单元在全程自养脱氮反应区Ⅰ和反硝化脱氮区Ⅳ顶部分别设有第一导流隔板6、第二导流隔板19；所述的出水单元包括出水槽17、出水口18、集气罩13、排气口14，所述的集气罩13安装在所述的反应器本体的顶部、并与所述的反应器本体的内腔保持连通；所述的排气口14设置在所述的集气罩13的顶端；所述的出水口18设置在反应器本体顶端。
[0026] 所述的反应器本体呈圆柱状，所述的套筒24的直径和所述的反应器主体的内径比为1:2～3。
[0027] 所述的反应单元通过所述的第一隔板11、第二隔板15、第三隔板21等分为全程自养脱氮反应区Ⅰ、化学除磷区Ⅱ、回流溶解区Ⅲ、反硝化脱氮区Ⅳ，其中各区体积比为1:1:1:1。
[0028] 所述的反硝化脱氮区Ⅳ通过所述的第四隔板20等分为降流反硝化脱氮区Ⅳ-1和升流反硝化脱氮区Ⅳ-2，且两区底部连通，所述的第四隔板20与反应器本体高度比为1:1.2～1.5。
[0029] 所述的第一隔板11和第二隔板15顶端分别设有防倒流的第一直角连通管7、第二直角连通管16，且所述的第一直角连通管7、第二直角连通管16均位于溢流堰9外壁和混合槽10内壁之间；所述的第一直角连通管7、第二直角连通管16开口向上，并与所述的出水口18处于同一高度；所述的化学除磷区Ⅱ中下部设有开口向下的第三直角连通管3。
[0030] 所述的回流溶解区Ⅲ上端设有管式水流推进器23，水流从回流溶解区Ⅲ流向反硝化脱氮区Ⅳ，流量等于两倍的进水流量。
[0031] 所述的回流溶解区Ⅲ中部填料5为铁屑或铁渣，填料5随着反应过程的消耗进行补充和更换。
[0032] 所述的第一导流隔板6、第二导流隔板19之间的夹角α为135°。
[0033] 所述的填料5下部设有承托板4，承托板4上均匀开有小孔。
[0034] 所述的集气罩13分别通过卡槽12、8与所有的隔板11、15、20、21固定，其中所述的卡槽12、8深度小于圆台高度。
[0035] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
