[发明专利]一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法

说明书

一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法，包括筒体，所述的筒体内部依次设置的一级反应单元和二级反应单元，所述的一级反应单元和二级反应单元之间设置过渡单元，待处理水先进入一级反应单元进行催化反应，后经过过渡单元进入二级反应单元进行催化反应；所述的一级反应单元设有第一催化剂，所述的二级反应单元设有第二催化剂。本发明的催化装置因设有两级催化反应器，每级反应器进行的还原过程不同，与单一催化反应器相比，更利于控制反应进程。一级催化反应器中pH值较高，可显著提高硝酸盐的转化速率；二级催化反应器的pH较低，可提高亚硝酸盐向氮气的转化速率。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法。

背景技术

高浓度硝酸盐废水是一种氮负荷较高的废水，污水处理厂中污泥消化液好氧硝化的出水及其他工业废水均可产生高浓度硝酸盐，不但加大了污水处理厂脱氮的负荷，还增加了运行处理费用，而有机碳源不足则会影响反硝化效果，影响出水水质，经济有效地进行高浓度硝酸盐废水脱氮是污水处理中的重要工作。目前国内外学者普遍接受和认可的反应机制为“两阶段理论”：在催化剂催化作用下，硝酸盐首先被还原生成亚硝酸盐，然后亚硝酸盐被进一步还原产生氮气和氨氮。

催化剂是催化反硝化技术的核心，目前公认的催化效果最好的催化剂构成是负载双金属型催化剂。单金属催化剂仅对该反应过程二级阶段有效，对于硝酸盐还原一级阶段反应需要辅助金属作为助催化剂构成双金属结构。通过改变反应液的pH条件，可以对该技术的脱氮反应过程及效能进行调控。研究发现硝酸盐催化还原的一级阶段和二级阶段对pH条件具有相互矛盾的响应特性：较低的pH条件下，硝酸盐转化为亚硝酸盐速率显著受到抑制，然而中间产物亚硝酸盐向氮气的转化速率明显得到强化；随着pH提高，硝酸盐的转化速率显著增强，而亚硝酸盐还原过程则收到了抑制，当pH增加至8以上时，反应终产物以亚硝酸盐为主。

现有技术中，为了兼顾硝酸盐和亚硝酸盐的催化还原速率，催化去除水体中硝酸盐的装置通常采用双金属催化剂直接去除水中硝酸盐。然而此时催化剂对氮气的选择性不佳，生成较高浓度的副产物NH₄⁺，为了兼顾催化反应对产物氮气的选择性，一般将pH设置为偏酸性条件下，使催化反应速率受到影响。因此，从反硝化脱氮速率与氮气选择性角度看，采用单级反应装置不是理想的解决方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法。解决现有的设备采用单级反应装置时，催化剂对氮气的选择性及催化速率存在矛盾的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：

一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置，包括筒体，其特征在于，所述的筒体内部依次设置的布水布气单元、一级反应单元、二级反应单元和出水出气单元，所述的一级反应单元和二级反应单元之间设置过渡单元，待处理水先进入一级反应单元进行催化反应，后经过过渡单元进入二级反应单元进行催化反应；所述的一级反应单元设有第一催化剂，所述的二级反应单元设有第二催化剂；

所述的布水布气单元位于筒体底端，设置进气管和进水管；所述的进气管与进水管互相平行螺旋设置，所述的进气管上均匀布设曝气头，进水管上均匀布设长柄滤头；所述的筒体底部外设置放空管；

所述的一级反应单元沿径向方向设置的第一铁丝网；

所述的过渡单元沿径向设置互相平行的第一隔板和第二铁丝网，所述的第一隔板和第二铁丝网之间设置加药管；

所述的二级反应单元沿径向方向还设置第二隔板；

所述的出水出气单元设置出水堰，所述的出水堰侧面端部设置出水管，还设置三相分离器，三相分离器的出气口设置在筒体外部；

所述的第一催化剂设置在所述的第一铁丝网与所述的第一隔板之间，所述的第二催化剂设置在所述的第二铁丝网与所述的第二隔板之间；