本發(fā)明涉及屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種去除污水和污染水體中氨氮的反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

根據(jù)2015年中國環(huán)境質(zhì)量公報公布的數(shù)據(jù)顯示，氨氮是全國530個重要省界斷面的主要污染指標，也是地下飲用水水源地的主要超標指標。在全國七大水系中，氨氮是黃河、海河和遼河流域的主要污染指標。2015年全國廢水氨氮排放總量為229.9萬噸，其中直排海洋的氨氮總量為1.5萬噸。氨氮排入水體既會消耗溶解氧，造成水體黑臭；又會成為水生植物尤其是藻類的營養(yǎng)物質(zhì)來源，造成水體富營養(yǎng)化。此外，水中游離氨會對水生生物產(chǎn)生毒害，造成魚類的大量死亡。因此，污水中氨氮排放量的削減和污染水體中氨氮濃度的控制對改善水體環(huán)境、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡具有非常重要的意義。

近年來隨著污水處理行業(yè)的快速發(fā)展，特別是“十二五”提出的氨氮總量減排10％的要求后，污水氨氮排放量得到了有效控制，許多城鎮(zhèn)污水處理廠出水氨氮由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的二級排放標準(25mg/L)降低為一級B(15mg/L)或者一級A(8mg/L)。在污染水體修復(fù)中，其目標通常也是由中低濃度(<10mg/L)進一步降低至《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中IV類(≤1.5mg/L)或III類(≤1.0mg/L)水體的要求。因此，中低濃度氨氮的深度處理是污水氨氮排放量進一步削減和污染水體修復(fù)中面臨的共性問題。經(jīng)二級處理后污水和污染水體通常具有水量大、氨氮濃度低、含有一定量有機物的特點，這需要尋求快速、高效的處理技術(shù)，并有效規(guī)避有機物對處理效果的干擾。

生物硝化是目前最具有實用性的氨氮處理技術(shù)，但受限于反應(yīng)速率問題，很難適用于高水量、低濃度條件下的氨氮處理。化學(xué)氧化技術(shù)具有較高的反應(yīng)速率，但又會受到有機物的干擾。比較而言，沸石由于具有良好的吸附和離子交換能力，對低濃度污水和污染水體中的氨氮均具有很好的去除效果，且受有機物干擾較小。然而，沸石吸附受限于傳質(zhì)速率，難以實現(xiàn)較短停留時間下的充分、快速吸附。因此，開發(fā)高傳質(zhì)速率的吸附反應(yīng)器對沸石吸附技術(shù)在低濃度污水和污染水體中應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種去除污水和污染水體中氨氮的反應(yīng)器。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種去除污水和污染水體中氨氮的反應(yīng)器，包括：

流化吸附組件：包括填料截留層和設(shè)置在截留層上方的流化吸附層，在截留層底部還接有進水口；

沉降組件：設(shè)置在流化吸附層上，其內(nèi)部帶有用于過濾溢流出水的出水過濾單元，在沉降組件的頂部設(shè)有溢流出水口；

再生組件：通過管路分別連接流化吸附層和進水口，并組成通循環(huán)再生液的再生回路，所述的再生組件包括通過管路連接的脫氮槽和循環(huán)再生液泵，其中，脫氮槽還連接截留層的進水口，循環(huán)再生液泵還連接流化吸附層，所述的脫氮槽內(nèi)設(shè)有脫氮單元。

所述的填料截留層為沸石層。所述的流化吸附層即是提供沸石顆粒實現(xiàn)流化狀態(tài)后，體積膨脹所需的空腔。

所述的沉降組件包括從下到上依次設(shè)置的擴徑層和沉降層，所述的擴徑層的底部連接流化吸附層，所述的沉降層內(nèi)部設(shè)有出水過濾單元，在沉降層的頂部還設(shè)有溢流出水口。

所述的擴徑層的截面呈倒八字形，其上下兩端分別圓滑連接沉降層和流化吸附層。

所述的出水過濾單元為過濾網(wǎng)。

所述的過濾網(wǎng)的目數(shù)為200～500。

所述的循環(huán)再生液為濃度6～15g/L的NaCl溶液。

所述的脫氮單元為浸入脫氮槽內(nèi)循環(huán)再生液里的電解單元或設(shè)置在脫氮槽頂部的次氯酸鹽加料倉。

所述的電解單元包括浸入脫氮槽的循環(huán)再生液中的陰、陽極，其中，陽極為鈦電極，陰極為鍍二氧化銥的鈦電極，陰陽極的間距為4-6cm。

當脫氮單元為次氯酸鹽加料倉時，每次脫氮處理時，投加的次氯酸鹽滿足脫氮槽中Cl、N原子的摩爾比為1:1.5～2。

本發(fā)明的反應(yīng)力處理氨氮廢水的具體步驟如下：

待處理水從反應(yīng)器進水口進入流化吸附單元并自下而上流動，經(jīng)過流化吸附層，待處理水中的氨氮被沸石充分吸附。

待處理水從流化吸附層頂部進入沉降單元的擴徑層，待處理水的流速逐漸下降，當其進入沉降層時，流速低于沸石的臨界流化速度，沸石由于自身重力開始沉降，上清液從溢流口溢出，未能沉降的小顆粒沸石被溢流出水口處的過濾組件截留。

運行一段時間，在反應(yīng)器的處理效果不能達標后，停止待處理水的進入，將脫氮槽中的再生液打入反應(yīng)器中，浸泡一段時間后，再打回脫氮槽，用加藥或電解的方法去除再生液中從沸石上解吸出的氨氮。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)由于反應(yīng)器中截留層在流化狀態(tài)下吸附氨氮的特點，傳質(zhì)充分，沸石的有效利用率高，吸附速率快，水力停留時間短，反應(yīng)器體積小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，投資省，操作簡單易于實現(xiàn)自動化；

(2)再生液浸泡已吸附沸石的方法屬于固定床再生，此法所需的再生液體積較小，減少了設(shè)備投資和運行成本；

(3)體內(nèi)再生、分開處理的設(shè)計既具備了體內(nèi)再生方便快捷的優(yōu)勢，同時也能夠在沸石不直接接觸次氯酸鈉等的情況下保持較好的處理效果，避免沸石結(jié)構(gòu)被破壞，延長了沸石的使用壽命；

(4)利用電解NaCl產(chǎn)生NaClO的方法去除再生液中的氨氮，再生時通電制備NaClO，再生完NaClO又轉(zhuǎn)化為NaCl，便于保存，克服了NaClO難以長期保存的困難，再生率高，運行管理方便，無二次污染問題。反應(yīng)方程式如下：

電解NaCl：2NaCl+H₂O＝NaClO+NaCl+H₂↑ (1)

再生時：3NaClO+2NH₄⁺＝N₂↑+3H₂O+3NaCl+2H⁺ (2)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-進水閥門，2-進水口，3-截留層，4-出水過濾單元，5-溢流出水口，6-脫氮槽，7-再生液泵，8-再生液進水閥門，9-再生液出水閥門，10-流化吸附組件，11-沉降組件，12-再生組件，13-流化吸附層，14-擴徑層，15-沉降層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

高效去除氨氮的流化床反應(yīng)器，如圖1所示，該反應(yīng)器包括流化吸附組件10、沉降組件11和再生組件12。流化吸附組件10上設(shè)有進水閥門1、進水口2、截留層3和流化吸附層13，沉降組件11包括擴徑層14和沉降層15，在沉降層15內(nèi)設(shè)有出水過濾單元4及溢流出水口5，再生組件12包括脫氮槽6、再生液泵7、再生液進水閥門8、再生液出水口9；

利用該反應(yīng)器處理氨氮廢水的具體步驟如下：

吸附過程：打開進水閥門1、關(guān)閉再生液進水閥門8和再生液出水閥門9，待處理水從流化床底部的進水口2進入到流化吸附組件10，在一定的流速下，使截留層3的沸石達到流化狀態(tài)(位于流化吸附層13位置)，氨氮被沸石充分吸附。此后待處理水進入沉降組件11的擴徑層14，流速逐漸降低。當?shù)竭_沉降層15時，其流速已低于沸石的臨界流化速度，沸石開始沉降，上清液從溢流出水口5溢出，未能沉降的小顆粒沸石被出水過濾單元4(本實施例為過濾網(wǎng)，其目數(shù)為300)截留。

再生過程：打開再生液進水閥門8，關(guān)閉進水閥門1、再生液出水閥門9，將再生液通過再生液泵7，從脫氮槽6經(jīng)再生液進水閥門8打入流化床，將沸石充分浸泡，一段時間再生完全后，打開再生液出水泵9，讓再生液全部回流至脫氮槽6，通過電解或加藥的方式去除再生液中的氨氮。

實施例2

利用實施例1描述的高效處理氨氮廢水的反應(yīng)器，吸附柱為高0.545m，內(nèi)徑0.0125m的圓柱體，填充沸石100g，沸石粒徑0.3-0.5mm，臨界流化速度0.0032m/s，靜態(tài)沸石柱高19cm，待處理水樣初始氨氮濃度為25.56mg/L，水樣由進水口2進入流化床流化吸附組件10，流速0.01m/s，流化后沸石高度30cm，流化數(shù)3.29，水力停留時間52.8s。經(jīng)過擴徑層和沉降層后，水樣中的沸石顆?；境两担?jīng)出水過濾單元4和溢流出水口5后的出水氨氮濃度降低至0.45mg/L，去除率高達98.4％，運行60min后氨氮濃度超過8mg/L。此時關(guān)閉進水閥門1，停止吸附過程，打開再生液進水閥門8和再生液泵7，開始再生過程，再生液為10g/L的NaCl溶液，待再生液浸滿沸石，30min后，打開再生液出水閥門，將再生液回流至脫氮槽6。再生過程完成后繼續(xù)重復(fù)上述吸附過程，同時將脫氮槽6中的再生液電解，恒流2A，陽極為鈦電極，陰極為鈦電極鍍二氧化銥，極板間距5cm，電解時間30min，殘留氨氮不足1mg/L，去除率高達99％。

實施例2-1

與實施例2相比，絕大部分都相同，除了本實施例中，再生液為6g/L的NaCl溶液，再生時間為30min。再生液電解脫除氨氮時，極板間距為4cm，電解時間為30min，殘留氨氮不足1.5mg，去除率高達98.5％。

實施例2-2

與實施例2相比，絕大部分都相同，除了本實施例中，再生液為15g/L的NaCl溶液，再生時間為30min。再生液電解脫除氨氮時，極板間距為6cm，電解時間為30min，殘留氨氮不足1.5mg，去除率高達98％。

實施例3

利用實施例1描述的高效處理氨氮廢水的反應(yīng)器，吸附柱為高0.545m，內(nèi)徑0.0125m的圓柱體，填充沸石100g，沸石粒徑0.3-0.5mm，臨界流化速度0.0032m/s，靜態(tài)沸石柱高19cm，待處理水樣初始氨氮濃度為25.56mg/L，水樣由進水口進入流化床流化吸附單元，流速0.01m/s，流化后沸石高度30cm，流化數(shù)3.29，水力停留時間52.8s。經(jīng)過擴徑層和沉降層后，水樣中的沸石顆粒基本沉降，經(jīng)出水過濾單元4和溢流出水口5后的出水氨氮濃度降低至0.45mg/L，去除率高達98.4％，運行60min后氨氮濃度超過8mg/L。此時關(guān)閉進水閥門1，停止吸附過程，打開再生液進水閥門8和再生液泵7，開始再生過程，再生液為10g/L的NaCl溶液，待再生液浸滿沸石，30min后，打開再生液出水閥門，將再生液回流至脫氮槽。再生過程完成后繼續(xù)重復(fù)上述吸附過程，同時向脫氮槽中按摩爾比Cl:N＝1:1.75投加次氯酸鈉，殘留氨氮不足1mg/L，去除率高達99％。

實施3-1

與實施例3相比，絕大部分都一樣，除了本實施例中向脫氮槽中投加的次氯酸鈉量滿足：摩爾比Cl:N＝1:1.5。此時，再生液中殘留氨氮不足1mg/L，去除率高達99％。

實施例3-2

與實施例3相比，絕大部分都一樣，除了本實施例中向脫氮槽中投加的次氯酸鈉量滿足：摩爾比Cl:N＝1:2。此時，再生液中殘留氨氮不足1mg/L，去除率高達99％。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。