本实用新型涉及脱氮技术领域，特别涉及一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，城市化进程的加快，大量氮磷等营养元素进入水体导致水体严重营养化。为了控制水污染，国家提出污水处理厂二级生化出水深度脱氮的要求。目前，去除常规污水处理厂出水中硝酸盐方法是微生物异养反硝化技术，即向低c/n的污水处理厂出水中投加甲醇、乙酸及葡萄糖等碳源，在厌氧反硝化细菌的作用下进行反硝化脱氮。该方法去除效率低，占地面积大，也产生了一定量的剩余污泥需要后续处理，导致操作繁琐，处理成本高。自养反硝化过程因微生物产量低、污泥量少，且不需要额外添加有机碳源，同时不会产生有机碳源二次污染问题，在污水处理厂出水进行深度脱氮方面具有良好的应用前景。
在传统自养反硝化反应器中，人们借助单一填料进行铁自养反硝化技术或者硫自养反硝化技术脱氮，但单一的填料会导致水质偏酸（硫）或偏碱（铁），不利于反硝化作用的持续进行。而硫铁组合自养反硝化具有反硝化速率快、出水ph变化小、工况运行稳定和污泥产量低等优点，且硫铁矿和硫磺价格便宜、易于获取，较氢自养反硝化在使用和运输等方面更加安全和便利，因此具有广阔的市场应用前景。专利201710636570.3的专利文献公开一种强化硫自养反硝化过程同步脱氮除磷的污水处理方法，该技术将黄铁矿、硫磺、菱铁矿三中物质复配在一起，三种物质相互配合去除废水中的脱氮。但是在复配填料中，三种物质之间不发生作用，其作用模式仅为加和模式，导致其反应速率仍较慢，没有从根本上提高自养反硝化反应的速率。专利201611056241.3公开一种基于自养/异养反硝化的一体化脱氮装置及其脱氮方法，该系统将反应区分为自养反硝化区、异养反硝化区和缓冲空腔三个部分，其中自养反硝化区内部设置微电解填料层及硫/石灰石填料层。该方法在同一个装置中实现了自养反硝化和异养反硝化的结合，但对于自养和异样分区和反应条件的控制较为复杂，不适合大面积推广使用。另外，在实际运行过程中硫铁组合存在滤料易堵塞、流失，脱氮效果不稳定，更换滤料不方便等问题也限制了自养反硝化的推广使用。因此，基于目前的问题研究开发一种经济、高效的自养反硝化深度脱氮装置，对解决污水处理厂出水中硝酸盐处理技术难题具有重要的意义和价值。
技术实现要素：
因此，针对上述的问题，本实用新型提出结构简单、运行费用低、处理效果好、污泥产量少、反冲洗周期长、易于工程化应用的一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置。
为实现上述技术问题，本实用新型采取的解决方案为:
一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，包括脱氮箱体，所述脱氮箱体内设有主脱氮区与次脱氮区，所述次脱氮区环设于所述主脱氮区外部，所述脱氮箱体上部开设有排气口，所述主脱氮区与次脱氮区通过内通管相互连通，所述内通管上设有电磁通水阀，所述脱氮箱体位于主脱氮区下部开设有进水口，所述进水口内密封插设有进水管，所述进水管上连接有进水泵，所述进水泵的进水端连通调节池，所述主脱氮区从下到上依次设置有用于均匀布水的多孔承托层、用于对废水进行首次脱氮的主脱氮填料层，所述进水口设于脱氮箱体位于多孔承托层的底部，所述次脱氮区装有再次脱氮且除磷的次脱氮填料层，所述内通管设于所述主脱氮填料层的上方且连通所述主脱氮区与次脱氮区，所述脱氮箱体位于次脱氮区的上方侧端开设有出水口，所述出水口内密封插设有出水管与外部清水池相连通。
进一步改进的是：所述脱氮箱体位于多孔承托层的底部还开设有用于通入反冲洗气水的清洗口，所述清洗口内密封插设有清洗管，所述清洗管上连接有反冲洗泵，所述脱氮箱体位于主脱氮填料层的上方设有连通主脱氮区与次脱氮区的溢流堰，所述脱氮箱体位于次脱氮填料层的下部侧端开设有反冲洗出水口，所述反冲洗出水口内密封插设有反冲洗出水管与外部废水池相连通。
进一步改进的是：所述主脱氮区的主脱氮填料层为硫磺颗粒、磁黄铁矿、石灰石混合物，硫磺和硫铁矿粒径为2~3mm，石灰石粒径为1.5-2cm，硫磺、硫铁矿和石灰石的体积比为5~8：8~10：1。
进一步改进的是：所述次脱氮区的次脱氮填料层为硫铁矿，粒径为4~6mm。
进一步改进的是：所述主脱氮区的多孔承托层为鹅卵石层。
进一步改进的是：所述多孔承托层和主脱氮填料层的高度比1:5~6。
通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过把脱氮组件分配成主脱氮区和次脱氮区的内外两个环形体区域进行，通过主脱氮区硫铁矿、硫磺和石灰石精确配比，混合装填，反应溶出负价态硫离子与硫磺间会形成正向链式反应，加速两种矿物的电子提供并产生易被微生物利用的多硫化物，加快反硝化脱氮速率，次脱氮区则进一步确保在主脱氮区未发生反应的硝酸盐氮进一步通过自养反硝化作用去除，且反应溶出的亚铁离子和铁离子还可能与废水中的磷酸盐离子形成铁的磷酸盐沉淀，从而提高出水水质。该脱氮组件的的内外两个环形体区域在空间和时间上延长废水与填料反应接触时间而提高脱氮效果，而且该环形结构的设计大大节约土地空间。该装置可解决单一硫铁矿填料反应器启动时间长、停留时间长、占地面积大等问题，以及单一硫磺填料反应器出水ph过低等问题，具有启动速度快，无需接种污泥，停留时间短，占地面积小等优点。
进一步的是，添加了反冲洗装置，能有效确保装置长时间运行下的处理效率。
进一步的是：无需外加碳源，运行费用低、处理效果好、污泥产量少、反冲洗周期长，易于工程化应用。
进一步的是：硫铁矿中铁离子溶出能够与待处理含磷废水中的磷酸根等发生沉淀反应，达到同时快速除磷的目的。
附图说明
图1是本实用新型一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。
参考图1，本实用新型实施例所揭示的是一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，包括脱氮箱体，所述脱氮箱体内设有主脱氮区与次脱氮区，主脱氮区与次脱氮区的上部均具有空腔，所述脱氮箱体位于空腔上部开设有排气口1，所述主脱氮区从下到上依次设置有用于均匀布水的多孔承托层5、用于对废水进行首次脱氮的主脱氮填料层4，所述次脱氮区装有再次脱氮且除磷的次脱氮填料层7，所述脱氮箱体位于多孔承托层5的底部开设有进水口，所述进水口内密封插设有进水管11，所述进水管11上连接有进水泵8，所述进水泵8的进水端连通调节池2，位于主脱氮区的主脱氮填料层的上方安装有用于连通主脱氮区4与次脱氮填料层7的内通管3，所述内通管3上设有用于控制内通管3启闭的电磁通水阀，所述脱氮箱体位于次脱氮填料层7的上部侧端还开设有若干出水口，所述出水口内密封插设有出水管12，所述出水管12的出口端通入外部的清水池，调节池2输出的废水从脱氮箱体位于多孔承托层5底部的进水口进入，到达主脱氮区上部的主脱氮填料层4后，通过内通管3进入到次脱氮填料层7的下方，慢慢上升最后从次脱氮填料层7的上方侧端的出水口流出，反应过程中产生的氮气从脱氮箱体上部空腔的排气口1流出到外部氮气收集管中。通过设计在主脱氮区和次脱氮区的内外两个环形区域进行，脱氮箱体的内外两个环形体区域在空间和时间上延长废水与填料反应接触时间而提高脱氮效果，而且该环形结构的设计大大节约空间。所述主脱氮填料层4为硫磺颗粒、磁黄铁矿、石英砂混合物，硫磺和硫铁矿粒径约为2~3mm，石灰石粒径为1.5-2cm，硫磺中硫含量大于95%，硫铁矿中硫含量大于48%，硫磺、硫铁矿和石灰石的体积比约为5~8：8~10：1，所述次脱氮填料层7为硫铁矿，粒径约为4~6mm，硫含量大于48％，主脱氮区的多孔承托层为鹅卵石层，通过主脱氮区硫铁矿、硫磺和石灰石精确配比，混合装填，反应溶出负价态硫离子与硫磺间会形成正向链式反应，加速两种矿物的电子提供并产生易被微生物利用的多硫化物，加快反硝化脱氮速率，次脱氮区在进行硫自养反效果过程的同时硫铁矿中铁离子溶出能够与废水中的磷酸根等发生沉淀反应，达到同时脱氮除磷的目的，进一步确保在主脱氮区未发生反应的硝酸盐氮进一步通过自养反硝化作用去除，保证出水的水质，该装置可解决单一硫铁矿填料反应器启动时间长、停留时间长、占地面积大等问题，以及单一硫磺填料反应器出水ph过低的问题，具有启动速度快，无需接种污泥，停留时间短，占地面积小等优点，主脱氮区与次脱氮区不仅是简单提高除氮效率的加和模式，更是起到了进一步除磷作用。进一步的，所述多孔承托层5、主脱氮填料层4的高度比1:5~6，经过多次实践测试，当多孔承托层5与主脱氮区的脱氮填料层4的高度比在1:5~6时，废水能充分与主脱氮区的脱氮填料层4反应，使得脱氮效果更好。为了能有效确保装置长时间运行下的处理效率，在所述脱氮箱体位于多孔承托层5的底部还开设有用于通入反冲洗气水的清洗口，所述清洗口内密封插设有清洗管13，所述清洗管13上连接有反冲洗泵9，所述脱氮箱体位于主脱氮填料层4的上方设有连通主脱氮区与次脱氮区的溢流堰6，所述脱氮箱体位于次脱氮填料层7的下部侧端开设有反冲洗出水口10，所述反冲洗出水口内密封插设有反冲洗出水管与外部废水池相连通，反冲洗泵9的进口端连接连通有两路管道，一路管道连通储气罐且靠近储气罐的一端安装有控制气体流通电磁通气阀，另一路管道连通清水池且在靠近清水池的一端安装有控制净水流通的电磁通水阀，在反冲洗过程中，先关闭内通管3，反冲洗气水从多孔承托层5底部的清洗口进入，到达主脱氮填料层4后通过溢流堰6从次脱氮区上部冲下，最后从脱氮箱体位于次脱氮填料层7下方的反冲洗出水口10排出外部，反冲洗过程中可去除填料中的杂质，防止填料的堵塞，有效确保了装置长时间运行的处理效率。
工作原理：调节池中的废水通过进水泵抽取经进水管抽入主脱氮区的多孔承托层里，多孔承托层均匀布水后，废水慢慢上升流入主脱氮区的脱氮填料层，主脱氮区的主脱氮填料层是通过硫黄颗粒、磁黄铁矿、石英砂混合物精确配比，混合装填而成，以低价硫元素和铁作为电子供体，废水中硝酸盐作为电子受体，进行反硝化作用，主脱氮区脱氮填料层溶出负价态硫离子与硫磺间形成正向链式反应，加速产生易被微生物利用的多硫化物，加快反硝化反应速率，然后经主脱氮区的主脱氮填料层反应后的废水通过内通管进入到次脱氮区的次脱氮填料层中，次脱氮区的次脱氮填料层为黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿中的一种，在进一步去除废水中的总氮时，反应过程中形成的亚铁离子和铁离子还可能与废水中的磷酸盐离子形成铁的磷酸盐沉淀，从而降低出水中的总磷浓度，进一步净化水质，而产生的氮气也通过排气口排出到外部的氮气收集管中，经过处理的废水通过外部的出水管流入到清水池中。在进行反冲洗的时候，关闭内通管，进行两遍反冲洗，第一遍进行反冲洗气的过程，第二遍进行反冲洗水的过程，反冲洗气水从多孔承托层底部的清洗口进入，通过主脱氮区的主脱氮填料层后废水通过溢流堰从次脱氮区的上部冲下，最后让废水和填料杂质从次脱氮区下部的反冲洗出水口内的反冲洗出水管流出外部废水池，反冲洗过程去除反硝化过程中产生的填料杂质，防止填料的堵塞，有效确保了装置长时间运行的处理效率。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，其特征在于：包括脱氮箱体，所述脱氮箱体内设有主脱氮区与次脱氮区，所述次脱氮区环设于所述主脱氮区外部，所述脱氮箱体上部开设有排气口，所述主脱氮区与次脱氮区通过内通管相互连通，所述内通管上设有电磁通水阀，所述脱氮箱体位于主脱氮区下部开设有进水口，所述进水口内密封插设有进水管，所述进水管上连接有进水泵，所述进水泵的进水端连通调节池，所述主脱氮区从下到上依次设置有用于均匀布水的多孔承托层、用于对废水进行首次脱氮的主脱氮填料层，所述进水口设于脱氮箱体位于多孔承托层的底部，所述次脱氮区装有再次脱氮且除磷的次脱氮填料层，所述内通管设于所述主脱氮填料层的上方且连通所述主脱氮区与次脱氮区，所述脱氮箱体位于次脱氮区的上方侧端开设有出水口，所述出水口内密封插设有出水管与外部清水池相连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，其特征在于：所述脱氮箱体位于多孔承托层的底部还开设有用于通入反冲洗气水的清洗口，所述清洗口内密封插设有清洗管，所述清洗管上连接有反冲洗泵，所述脱氮箱体位于主脱氮填料层的上方设有连通主脱氮区与次脱氮区的溢流堰，所述脱氮箱体位于次脱氮填料层的下部侧端开设有反冲洗出水口，所述反冲洗出水口内密封插设有反冲洗出水管与外部废水池相连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，其特征在于：所述次脱氮区的次脱氮填料层为硫铁矿，粒径为4~6mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，其特征在于：所述主脱氮区的多孔承托层为鹅卵石层。
5.根据权利要求1所述的一种基于硫自养反硝化强化脱氮装置，其特征在于：所述多孔承托层和主脱氮填料层的高度比1：5~6。
技术总结