臥式光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脫氮反應(yīng)器。尤其涉及一種臥式光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]《2013中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，廢水氨氮排放量達(dá)245.7萬噸。污染所致的湖泊“水華”及近?！俺喑薄鳖l頻發(fā)生，已危及農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè)，并對(duì)飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。廢水氮素排放是引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，造成水體生態(tài)系統(tǒng)紊亂的重要致因，廢水脫氮已成為環(huán)境保護(hù)的當(dāng)務(wù)之急。
[0003]與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，厭氧氨氧化(Anammox)工藝具有容積效率高、供氧能耗省、污泥產(chǎn)量少、不需外加碳源等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高濃度氨氮廢水的脫氮處理。2002年，世界上第一個(gè)生產(chǎn)性Anammox反應(yīng)器已于在荷蘭鹿特丹市城市污水處理廠投入運(yùn)行，用于處理厭氧污泥消化液，其容積氮去除速率高達(dá)9.5 kg/(m3.d)，顯示出誘人的應(yīng)用前景。
[0004]然而，對(duì)于同時(shí)含氨氮和硝氮廢水的控制，單一的Anammox工藝難以奏效。就Anammox反應(yīng)而言，氨和亞硝酸鹽反應(yīng)約產(chǎn)生10%N03_(1)，無法完成完全脫氮。因此，開發(fā)脫除氨氮和硝氮的組合工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0005]NH4+ +1.32NCV +0.066HCCV +0.13H+— 1.02N2 + 0.26N0f +
0.066CH200.5N0.15 + 2.03H20 (I)
以厭氧氨氧化反應(yīng)為基礎(chǔ)，以半鍍銅的η型半導(dǎo)體材料T12為光催化劑，在光照條件下，T12能形成價(jià)帶和導(dǎo)帶，分別形成氧化端和還原端；利用T12的這種性質(zhì)，以及金屬銅對(duì)電子的有效捕獲能力，可構(gòu)建光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化工藝，在厭氧條件下實(shí)現(xiàn)硝氮和氨氮的同步脫除。在完成同步去除氨氮和硝氮的同時(shí)，本發(fā)明解決了反硝化脫氮電子利用率不高的問題，減少了電子供體的消耗，實(shí)現(xiàn)了有效電子利用率的最大化。該脫氮工藝具有高效、低耗、脫氮完全等優(yōu)勢(shì)。
[0006]電子供體+ NOf—NO f+CO2(2)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有脫氮技術(shù)的不足，提供一種臥式光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化反應(yīng)器。
[0008]臥式光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化反應(yīng)器，從左到右依次為光催化電子供應(yīng)區(qū)、光催化短程硝酸鹽還原區(qū)、厭氧氨氧化區(qū)和分離區(qū)；光催化電子供應(yīng)區(qū)底端設(shè)電子供體進(jìn)料口，上部設(shè)有電子供體回流口，區(qū)內(nèi)設(shè)三組階梯折流墻和三組水平折流板；光催化短程硝酸鹽還原區(qū)底端設(shè)硝氮進(jìn)料口，上部設(shè)有溢流口，光催化短程硝酸鹽還原區(qū)內(nèi)對(duì)稱設(shè)有與光催化電子供應(yīng)區(qū)內(nèi)相對(duì)應(yīng)的三組階梯折流墻和三組水平折流板；光催化電子供應(yīng)區(qū)和光催化短程硝酸鹽還原區(qū)區(qū)之間的隔墻兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的一對(duì)階梯折流墻相連形成一密閉光催化室；光催化室內(nèi)設(shè)燈光抽屜、燈管和電源接口 ；溢流口右側(cè)設(shè)有厭氧氨氧化區(qū)；厭氧氨氧化區(qū)內(nèi)分設(shè)兩個(gè)反應(yīng)隔室，每個(gè)隔室包含下向流室和上向流室，其中下向流室右側(cè)壁為L(zhǎng)型折流板，上向流室右側(cè)壁為擋液板；厭氧氨氧化區(qū)與分離區(qū)通過第二反應(yīng)隔室的右側(cè)擋液板隔開；分離區(qū)中部設(shè)回流口，上部設(shè)安全口，區(qū)內(nèi)設(shè)一出水膜組件，一出水膜組件通過出水管外連出水泵；回流口通過回流泵與硝氮進(jìn)料口相通，電子供體回流口與電子供體進(jìn)料口相通；各區(qū)頂端均設(shè)排氣口。
[0009]所述的光催化電子供應(yīng)區(qū)、光催化短程硝酸鹽還原區(qū)、厭氧氨氧化區(qū)和分離區(qū)四區(qū)的高度比為1:1:1:1，寬度比為1:1:1:1，長(zhǎng)度比為1:1: (0.5-2): (0.3~1)。
[0010]所述的三對(duì)階梯折流墻的間距相等，間距為反應(yīng)器高度的1/5~1/7，由下至上第一對(duì)階梯折流墻底部距反應(yīng)器底端的距離為反應(yīng)器高度的1/5~1/7，每對(duì)折流墻連成的光催化室占光催化電子供應(yīng)區(qū)和光催化短程硝酸鹽還原區(qū)總體積的1/24~5/24。
[0011]所述的光催化電子供應(yīng)區(qū)的左側(cè)設(shè)有的三組水平折流板中，由下至上第三對(duì)水平折流板距反應(yīng)器頂端的距離為反應(yīng)器高度的1/5~1/6，相鄰的階梯折流墻與水平折流板的間距為反應(yīng)器高度的1/5~1/6。
[0012]所述的階梯折流墻采用0.1cm-Scm透光性絕緣材料，其外表均勻涂布一層厚度為lnm-100 μπι的T12半導(dǎo)體催化膜，在光催化短程硝酸鹽還原區(qū)階梯折流墻外表面的T12半導(dǎo)體催化膜之上鍍有一層厚度為I μπι~100 μπι的電鍍銅層。
[0013]所述的燈光抽屜以抽拉形式內(nèi)嵌于光催化室內(nèi)，燈管呈縱列并聯(lián)排列于燈光抽屜內(nèi)，電源連接口位于每個(gè)燈光抽屜外部。
[0014]所述的L型折流板的折角為45~60度，折角伸入上向流室橫截面中心處；L型折流板底端距反應(yīng)器底端的距離與折角處距左擋液板的距離相等；L型折流板將每個(gè)反應(yīng)隔室分為下向流室與上向流室，兩者寬度之比為1:(3~5)。
[0015]所述的電子供體回流口所處高度為反應(yīng)器高度的7/8~8/9，溢流口所處高度為反應(yīng)器高度的5/6~6/7，擋液板頂端所處高度為反應(yīng)器高度的3/4~4/5，安全口所處高度為反應(yīng)器高度的10/11~11/12，回流口所處高度為反應(yīng)器高度的2/3~7/10，即五個(gè)位置的相對(duì)高低順序?yàn)榘踩凇㈦娮庸w回流口、溢流口、擋液板頂端和回流口。
[0016]所述的光催化電子供應(yīng)區(qū)、光催化短程硝酸鹽還原區(qū)、厭氧氨氧化區(qū)的兩個(gè)隔室和分離區(qū)頂端分別設(shè)有一個(gè)排氣口，其直徑為20 mm~50 mm，排氣口與電子供體回流口、安全口、回流口的直徑比為1:(1~2): (1-2):(l~2)o
[0017]所述的出水膜組件的膜材料為聚偏二氟乙烯，平均孔徑為0.005 μ m~l μ m，膜絲內(nèi)徑為0.6 mm~0.9 mm，膜絲外徑為1.0 mm~l.5 mm，膜絲身長(zhǎng)為反應(yīng)器高的1/2~2/3，膜底距反應(yīng)器底的距離為反應(yīng)器總高度的1/5~1/4，膜頂比安全口低50 mm~100 mm。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):I)光催化短程反硝化速度快，產(chǎn)物N02_選擇性高，電子利用率是現(xiàn)有技術(shù)的1.5-2倍。2)采用玻璃材料作為固化T12半導(dǎo)體催化劑的載體，增加了 T12半導(dǎo)體催化劑持久性，無需凈水與催化劑的分離步驟。3)采用1102半導(dǎo)體催化膜表面鍍銅的方式，增強(qiáng)了電子定向流動(dòng)性，提高了反應(yīng)效率。4)光源組采用抽拉式設(shè)計(jì)，更換便捷，提高了設(shè)備運(yùn)行效率。5)水流由導(dǎo)流板引導(dǎo)上下折流前進(jìn)，逐個(gè)通過反應(yīng)室內(nèi)的顆粒污泥床層，延長(zhǎng)了厭氧顆粒污泥在厭氧氨氧化區(qū)的停留時(shí)間，維持了反應(yīng)器的高效運(yùn)行。6 )采用HWF高效分離液、固相，保證了出水水質(zhì)。
【附圖說明】
[0019]圖1是臥式光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的光催化室橫截面圖；
圖3是本發(fā)明的A、B段連接處縱截面圖；
圖中:電子供體進(jìn)料口 1、階梯折流墻2、水平折流板3、電子供體回流口 4、排氣口 5溢流口 6、L型折流板7、擋液板8、硝氮進(jìn)料口 9、回流泵10、回流口 11、出水口 12、安全口 13、出水膜組件14、出水泵15。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1、2、3所示，一種臥式光催化短程反硝化耦合厭氧氨氧化反應(yīng)器，從左到右依次為光催化電子供應(yīng)區(qū)A、光催化短程硝酸鹽還原區(qū)B、厭氧氨氧化區(qū)C和分離區(qū)D ;光催化電子供應(yīng)區(qū)A底端設(shè)電子供體進(jìn)料口 1，上部設(shè)有電子供體回流口 4，區(qū)內(nèi)設(shè)三組階梯折流墻2和三組水平折流板3 ;光催化短程硝酸鹽還原區(qū)B底端設(shè)硝氮進(jìn)料口 9，上部設(shè)有溢流口 6，光催化短程硝酸鹽還原區(qū)B內(nèi)對(duì)稱設(shè)有與光催化電子供應(yīng)區(qū)A內(nèi)相對(duì)應(yīng)的三組階梯折流墻2和三組水平折流板3 ;光催化電子供應(yīng)區(qū)A和光催化短程硝酸鹽還原區(qū)B區(qū)之間的隔墻兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的一對(duì)階梯折流墻2相連形成一密閉光催化室；光催化室內(nèi)設(shè)燈光抽屜2-1、燈管2-2和電源接口 2-3 ;溢流口 6右側(cè)設(shè)有厭氧氨氧化區(qū)C ;厭氧氨氧化區(qū)C內(nèi)分設(shè)兩個(gè)反應(yīng)隔室，每個(gè)隔室包含下向流室和上向流室，其中下向流室右側(cè)壁為L(zhǎng)型折流板7，上向流室右側(cè)壁為擋液板8 ;厭氧氨氧化區(qū)C與分離區(qū)D通過第二反應(yīng)隔室C2的右側(cè)擋液板8隔開；分離區(qū)D中部設(shè)回流口 11，上部設(shè)安全口 13，區(qū)內(nèi)設(shè)一出水膜組件12，一出水膜組件12通過出水管14外連出水泵15 ;回流口 11通過回流泵10與硝氮進(jìn)料口 9相通，電子供體回流口 4與電子供體進(jìn)料口 I相通；各區(qū)頂端均設(shè)排氣口 5。
[0021]所述的光催化電子供應(yīng)區(qū)A、光催化短程硝酸鹽還原區(qū)B、厭氧氨氧化區(qū)C和分離區(qū)D四區(qū)的高度比為1:1:1:1，寬度比為1:1:1:1，長(zhǎng)度比為1:1: (0.5-2): (0.3~1)。
[0022]所述的三對(duì)階梯折流墻2的間距相等，間距為反應(yīng)器高度的1/5~1/7，由下至上第一對(duì)階梯折流墻2底部距反應(yīng)器底端的距離為反應(yīng)器高度的1/5~1/7，每對(duì)折流墻連成的光催化室占光催化電子供應(yīng)區(qū)A和光催化短程硝酸鹽還原區(qū)B總體積的1/24~5/24。
[0023]所述的光催化電子供應(yīng)區(qū)A的左側(cè)設(shè)有的三組水平折流板3中，由下至上第三對(duì)水平折流板3距反應(yīng)器頂端的距離為反應(yīng)器高度的1/5~1/6，相鄰的階梯折流墻2與水平