一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法制造方法及图纸

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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法
本专利技术属于水处理
，涉及一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置与方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术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，本专利技术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；所述的第一隔板和第二隔板均用于防止催化剂流失。具体的，所述的出水堰沉呈空心圆柱体加倒圆台体结构，圆柱体与倒圆台体之间形成槽。具体的，所述的加药管螺旋设置在隔板上端，所述的加药管上均匀设置若干用于加药均匀的小孔，加药管用于调节二级反应单元的pH，为弱酸条件。优选的，所述的加药管的直径为20mm，所述的小孔的直径为5mm。具体的，所述的布水布气单元和过渡单元分别还设置第一pH电极和第二pH电极用于监测待处理水的pH。具体的，所述的一级反应单元和二级反应单元分别还设置第一手孔和第二手孔，所述的出水出气单元还设有安全阀。一种去除水中硝酸盐的两级催化反硝化的方法，包括以下步骤：步骤1，待处理水经pH调节至10-11后通过布水布气单元进入两级催化反硝化装置的一级反应单元后，采用第一催化剂对待处理水进行催化处理，随后进入过渡单元；步骤2，过渡单元对从一级反应单元流入的待处理水进行pH调节；随后进入二级反应单元；步骤3，二级反应单元对从过渡单元流入的待处理水采用第二催化剂进行催化处理，最终与一级反应单元共同实现待处理水的反硝化处理；在处理过程中，由布水布气单元中进气管持续进行布气(氢气)；所述的两级催化反硝化装置为本专利技术所述的去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置。具体的，所述的第一催化剂为负载Pd-Cu双金属的颗粒活性炭，所述的第二催化剂为负载Pd单金属的颗粒活性炭，所述的第一催化剂和第二催化剂的有效粒径为50～80mm。具体的，所述的一级反应单元与二级反应单元内均为连续流，一级反应单元的水力停留时间取80min，NO3-—N去除率为90％。进一步的，所述的二级反应单元的水力停留时间取30min，NO2-—N去除率为90％。与现有技术相比，本专利技术的优点为：(1)本专利技术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。(2)本专利技术的催化装置一级催化反应器和二级催化反应器设有不同的pH值，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。与单一催化反应器相比，本专利技术的催化装置可通过对pH值的调节提高脱氮效率和氮气选择性。(3)本专利技术的催化装置一级催化反应器和二级催化反应器内填装不同类型催化剂，利于不同反应过程的进行，提脱氮速率和氮气转化率。(4)本专利技术的工艺操作简单、管理方便，运行费用低。(5)本专利技术的两级催化装置水力停留时间不同，可保证反应效率并节约时间。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术双催化反应器的系统图；图2为本专利技术双催化反应器图1的A-A剖面图；图3为本专利技术双催化反应器图1的B-B剖面图；图4为本专利技术双催化反应器图1的C-C剖面图；图5为本专利技术双催化反应器图1的隔板的剖面图；图6为实施例中催化剂在不同pH值下对NO3--N的降解浓度变化曲线；图7为实施例中催化剂在不同pH值下对NO2--N的生产浓度变化曲线；图8为实施例中pH＝5.5时二级反应单元中处理水的亚硝酸盐的降解曲线；图9为实施例中pH＝7时二级反应单元中处理水的亚硝酸盐的降解曲线；图中的标号分别表示：1、布水布气单元；11、第一pH电极；12、长柄滤头；13、进气管；14、进水管；15、放空管；16、曝气头；2、一级反应单元；21、第一铁丝网；22、第一催化剂；23、第一手孔；3、过渡单元；31、第一隔板；32、第二铁丝网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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(1)、一级反应单元(2)、二级反应单元(4)和出水出气单元(5)，所述的一级反应单元(2)和二级反应单元(4)之间设置过渡单元(3)，待处理水先进入一级反应单元(2)进行催化反应，后经过过渡单元(3)进入二级反应单元(4)进行催化反应；所述的一级反应单元(2)设有第一催化剂(22)，所述的二级反应单元(4)设有第二催化剂(41)；/n所述的布水布气单元(1)位于筒体底端，设置进气管(13)和进水管(14)；所述的进气管(13)与进水管(14)互相平行螺旋设置，所述的进气管(13)上均匀布置曝气头(16)，进水管(14)上均匀布设长柄滤头(12)；所述的筒体底部外设置放空管(15)；/n所述的一级反应单元(2)沿径向方向设置的第一铁丝网(21)；/n所述的过渡单元(3)沿径向设置互相平行的第一隔板(31)和第二铁丝网(32)，所述的第一隔板(31)和第二铁丝网(32)之间设置加药管(34)；/n所述的二级反应单元(4)沿径向方向还设置第二隔板(43)；/n所述的出水出气单元(5)设置出水堰(51)，所述的出水堰(51)侧面端部设置出水管(52)，还设置三相分离器(53)，三相分离器(53)的出气口(55)设置在筒体外部；/n所述的第一催化剂(22)设置在所述的第一铁丝网(21)与所述的第一隔板(31)之间，所述的第二催化剂(41)设置在所述的第二铁丝网(32)与所述的第二隔板(43)之间；/n所述的第一隔板(31)和第二隔板(43)均用于防止催化剂流失。/n...

【技术特征摘要】
1.一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(1)、一级反应单元(2)、二级反应单元(4)和出水出气单元(5)，所述的一级反应单元(2)和二级反应单元(4)之间设置过渡单元(3)，待处理水先进入一级反应单元(2)进行催化反应，后经过过渡单元(3)进入二级反应单元(4)进行催化反应；所述的一级反应单元(2)设有第一催化剂(22)，所述的二级反应单元(4)设有第二催化剂(41)；
所述的布水布气单元(1)位于筒体底端，设置进气管(13)和进水管(14)；所述的进气管(13)与进水管(14)互相平行螺旋设置，所述的进气管(13)上均匀布置曝气头(16)，进水管(14)上均匀布设长柄滤头(12)；所述的筒体底部外设置放空管(15)；
所述的一级反应单元(2)沿径向方向设置的第一铁丝网(21)；
所述的过渡单元(3)沿径向设置互相平行的第一隔板(31)和第二铁丝网(32)，所述的第一隔板(31)和第二铁丝网(32)之间设置加药管(34)；
所述的二级反应单元(4)沿径向方向还设置第二隔板(43)；
所述的出水出气单元(5)设置出水堰(51)，所述的出水堰(51)侧面端部设置出水管(52)，还设置三相分离器(53)，三相分离器(53)的出气口(55)设置在筒体外部；
所述的第一催化剂(22)设置在所述的第一铁丝网(21)与所述的第一隔板(31)之间，所述的第二催化剂(41)设置在所述的第二铁丝网(32)与所述的第二隔板(43)之间；
所述的第一隔板(31)和第二隔板(43)均用于防止催化剂流失。


2.根据权利要求1所述的去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置，其特征在于，所述的出水堰(51)沉呈空心圆柱体加倒圆台体结构，圆柱体与倒圆台体之间形成槽。


3.根据权利要求1所述的去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装置，其特征在于，所述的加药管(34)螺旋设置在第一隔板(31)上端，所述的加药管(34)上均匀设置若干用于加药均匀的小孔，加药管(34)用于调节二级反应单元(4)的pH。


4.根据权利要求3所述的去除水中硝酸盐的两级催化反硝化装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，史蓉，卢金锁，袁宏林，贾博涵，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61