[发明专利]卧式光催化短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器

说明书

技术领域

本发明涉及脱氮反应器。尤其涉及一种卧式光催化短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器。

背景技术

《2013中国环境状况公报》显示，废水氨氮排放量达245.7万吨。污染所致的湖泊“水华”及近海“赤潮”频频发生，已危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成严重威胁。废水氮素排放是引发水体富营养化，造成水体生态系统紊乱的重要致因，废水脱氮已成为环境保护的当务之急。

与传统脱氮工艺相比，厌氧氨氧化（Anammox）工艺具有容积效率高、供氧能耗省、污泥产量少、不需外加碳源等优点，特别适用于高浓度氨氮废水的脱氮处理。2002年，世界上第一个生产性Anammox反应器已于在荷兰鹿特丹市城市污水处理厂投入运行，用于处理厌氧污泥消化液，其容积氮去除速率高达9.5 kg/(m3·d)，显示出诱人的应用前景。

然而，对于同时含氨氮和硝氮废水的控制，单一的Anammox工艺难以奏效。就Anammox反应而言，氨和亚硝酸盐反应约产生10%NO₃^-(1)，无法完成完全脱氮。因此，开发脱除氨氮和硝氮的组合工艺具有重要的现实意义。

NH₄⁺ +1.32NO₂^- +0.066HCO₃^- +0.13H⁺→1.02N₂ + 0.26NO₃^- +

0.066CH₂O_0.5N_0.15 + 2.03H₂O      （1）

以厌氧氨氧化反应为基础，以半镀铜的n型半导体材料TiO₂为光催化剂，在光照条件下，TiO₂能形成价带和导带，分别形成氧化端和还原端；利用TiO₂的这种性质，以及金属铜对电子的有效捕获能力，可构建光催化短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺，在厌氧条件下实现硝氮和氨氮的同步脱除。在完成同步去除氨氮和硝氮的同时，本发明解决了反硝化脱氮电子利用率不高的问题，减少了电子供体的消耗，实现了有效电子利用率的最大化。该脱氮工艺具有高效、低耗、脱氮完全等优势。

电子供体+ NO₃^-  → NO₂^-+CO₂                                                  （2）。

发明内容

本发明的目的是克服现有脱氮技术的不足，提供一种卧式光催化短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器。

卧式光催化短程反硝化耦合厌氧氨氧化反应器，从左到右依次为光催化电子供应区、光催化短程硝酸盐还原区、厌氧氨氧化区和分离区；光催化电子供应区底端设电子供体进料口，上部设有电子供体回流口，区内设三组阶梯折流墙和三组水平折流板；光催化短程硝酸盐还原区底端设硝氮进料口，上部设有溢流口，光催化短程硝酸盐还原区内对称设有与光催化电子供应区内相对应的三组阶梯折流墙和三组水平折流板；光催化电子供应区和光催化短程硝酸盐还原区区之间的隔墙两侧相对应的一对阶梯折流墙相连形成一密闭光催化室；光催化室内设灯光抽屉、灯管和电源接口；溢流口右侧设有厌氧氨氧化区；厌氧氨氧化区内分设两个反应隔室，每个隔室包含下向流室和上向流室，其中下向流室右侧壁为L型折流板，上向流室右侧壁为挡液板；厌氧氨氧化区与分离区通过第二反应隔室的右侧挡液板隔开；分离区中部设回流口，上部设安全口，区内设一出水膜组件，一出水膜组件通过出水管外连出水泵；回流口通过回流泵与硝氮进料口相通，电子供体回流口与电子供体进料口相通；各区顶端均设排气口。

所述的光催化电子供应区、光催化短程硝酸盐还原区、厌氧氨氧化区和分离区四区的高度比为1:1:1:1，宽度比为1:1:1:1，长度比为1：1：(0.5~2)：(0.3~1)。

所述的三对阶梯折流墙的间距相等，间距为反应器高度的1/5~1/7，由下至上第一对阶梯折流墙底部距反应器底端的距离为反应器高度的1/5~1/7，每对折流墙连成的光催化室占光催化电子供应区和光催化短程硝酸盐还原区总体积的1/24~5/24。