CN103214146B - 一种控制污水处理过程n2o排放的生物-物化组合工艺 - Google Patents

一种控制污水处理过程n2o排放的生物-物化组合工艺 Download PDF

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    • Y02C20/10Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Abstract

本发明公开了一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合工艺,属于污水处理与环境保护技术领域。所述组合工艺由厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器、沉淀池、集气罩和N2O催化分解反应器组成,将污水生物处理技术、污泥沉降和气体收集物理技术与N2O催化分解化学技术科学结合,污水处理中产生的温室气体N2O经集气罩收集通过N2O催化分解反应器将N2O催化处理后转化为N2和O2,降低了N2O直接释放到环境中的可能性,处理后N2O排放量减少了99%以上。本发明工艺操作简单、成本低、不需要引入其他杂质、处理后的气体释放到环境后不会造成二次污染,实现了污水处理的低碳排放。

Description

一种控制污水处理过程n20排放的生物-物化组合工艺
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理与环境保护技术领域,具体涉及一种控制污水处理过程n2o 排放的生物-物化组合工艺
背景技术
[0002] 随着人类经济的发展和社会的进步,大量温室气体产生并释放到环境中,全球范 围内的温室效应逐渐增强。N 20是一种强热温室气体,其100年全球增温潜能为0)2的296 倍,并且释放量正在以每年3%的速度增长。目前,N 20对全球大气温室效应的贡献已经达 到了 5-6%。一些研宄表明,N20在城市污水处理过程中能够大量产生,主要产生于污水生 物脱氮的硝化过程和反硝化过程。污水处理的目的是去除环境中的污染物,然而其运行过 程中释放的温室气体却加剧了环境负担,违背了人们进行污水处理的初衷。在碳排放日益 受到限制的国际环境下,碳税的征收将不可避免,日后污水处理过程中产生的温室气体极 有可能实施排放收费,如何减少污水处理过程中N 20的排放已经成为污水处理行业需要面 对的新难题。
[0003] 目前在控制N20释放的研宄中,N20的直接催化分解是公认的消除N20污染的最有 前景的方法之一。采用附0、?6 203、八1203、(:1101〇03等其中的一种或多种金属氧化物催化剂, 或载铁的一种或多种沸石催化剂能够直接将N 20催化发生如下反应:2N20 - 2N2+02,催化剂 催化分解队0具有操作简单、成本低、不需要引入其他杂质、不产生二次污染等特点。
发明内容
[0004] 本发明所解决的技术问题是克服现有污水处理过程中将N20直接排放,形成大量 温室气体进而污染环境的缺陷,将污水生物处理技术、污泥沉降和气体收集物理技术与N 20 催化分解化学技术相结合,制定一种控制污水处理过程N20排放的生物-物化组合工艺,在 处理污水的同时避免温室气体N 20向环境释放,为污水处理过程的温室气体减排提供一条 有效途径。
[0005] 为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 一种控制污水处理过程N20排放的生物-物化组合工艺,包括以下步骤:
[0007] (1)污水生物处理
[0008] 污水通过厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器厌氧区的进水口按照设定流量持续 进入厌氧区中,与来自沉淀池内含有微生物的活性污泥混合,边搅拌边处理1-2h,经处理的 厌氧区的泥水混合液通过厌氧区和缺氧区中间挡板的溢流堰进入缺氧区中,边搅拌边处理 2-3h,经处理的缺氧区中的泥水混合物通过缺氧区和好氧区中间挡板的溢流堰进入好氧 区中处理7-9h,开启气泵通过曝气管曝气,同时开启好氧区和缺氧区之间的污泥循环泵,泥 水混合液通过污泥循环泵循环回流,去除污水中的污染物。
[0009] 所述含有微生物的活性污泥在混合液中的含量为2000-4000mg/L。
[0010] 所述污泥回流比为180-220%。
[0011] ⑵污泥沉降、回收
[0012] 经处理的好氧区内的泥水混合物通过好氧区容器壁的出水口进入沉淀池,沉淀后 的污泥一部分通过污泥回流泵回流到厌氧区,另外一部分作为剩余污泥通过排泥口外排, 经过沉淀池沉淀后的上清液通过沉淀池上部出水口排放。
[0013] ⑶气体收集
[0014] 厌氧区、缺氧区和好氧区处理污水过程中逸散的N20及其它气体组成的混合气体 在好氧区曝气过程的气体动力作用下进入集气罩,通过集气罩进入N 2o催化分解反应器。
[0015] (4) N20气体催化分解
[0016] 集气罩中的含有队0的混合气体首先通过进气口进入气体加热区,经加热至 300-500°C后进入催化反应区进行催化反应,混合气体中的N 20通过N20催化分解反应器的 催化分解作用分解为队和0 2,其余气体与分解产生的队和0 2通过N20催化分解反应器的出 气口排放。
[0017] 所述催化反应区采用的催化剂可以是金属氧化物催化剂,如NiO、Fe20 3、A1203、 Cu0、M〇03等其中的一种或多种,或一种或多种载铁的沸石催化剂。
[0018] 所述污水在厌氧区、缺氧区和好氧区的处理时间由污水进水流量大小控制。
[0019] 一种控制污水处理过程n2o排放的生物-物化组合设备,由厌氧-缺氧-好氧一 体化生物反应器、沉淀池、集气罩和N20催化分解反应器组成。
[0020] 所述厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器由两块高度不同的挡板隔成厌氧区、缺 氧区和好氧区;其中两块挡板之间的区域构成缺氧区,两块挡板中的高挡板与容器壁构成 的区域为厌氧区,两块挡板中的低档板与容器壁构成的区域为好氧区;缺氧区容器壁底部 设置泥水混合液进口,好氧区容器壁下部设置泥水混合液出口,缺氧区泥水混合液进口与 好氧区泥水混合液出口通过管线与泥水混合液回流泵连接;厌氧区上部设置进水口与进水 管连接;好氧区容器壁上部设置出水口通过管线与沉淀池连接;厌氧区和缺氧区设置泥水 搅拌器;厌氧区容器壁底部设置污泥回流液进口;好氧区底部设置曝气管,曝气管通过管 线与气泵连接。所述高挡板和低档板上设置溢流堰。
[0021] 所述沉淀池为圆锥体容器,在容器壁的上部设置出水口,出水口上部的容器壁上 设置溢流堰,在容器的底部设置排泥口;容器壁下部设置进水口,进水口与好氧区出水口通 过管线连接;容器的底部设置污泥回流口,污泥回流口与厌氧区底部污泥回流液进口通过 管线与污泥回流泵连接;容器腔体内部为污泥沉淀区。
[0022] 所述集气罩为梯形体,集气罩下部敞口,上部密封;所述集气罩上部设置一个出气 口;所述集气罩下部与厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器上部通过法兰封连接。
[0023] 所述N20催化分解反应器设置进气口、气体加热区、催化反应区和出气口。所述N 20 催化分解反应器进气口与集气的罩出气口通过管线连接。
[0024] 有益效果:
[0025] 本发明将生物技术与物化技术相结合形成一种控制污水处理过程N20排放的生 物-物化组合工艺,对厌氧区、缺氧区和好氧区污水处理过程中释放的所有N 20进行了收集 处理,降低了 N20直接释放到环境中的可能性,经本发明工艺处理后N20排放量减少了 99% 以上,污水处理过程中产生的温室气体N20经过化学催化处理后转化为队和02,释放到环境 后不会造成二次污染,实现了污水处理的低碳排放。
附图说明
[0026] 图1生物-物化组合设备结构示意图
[0027] 图2N20催化分解反应器结构示意图
[0028] 图中1-进水口,2-泥水搅拌器,3-厌氧区,4-缺氧区,5-好氧区,6-曝气管,7-气 泵,8-泥水混合液回流泵,9-污泥回流泵,10-排泥口,11-沉淀池,12-出水口,13-沉淀池 溢流堰,14-密封法兰,15-集气罩,16-缺氧池溢流堰,17-厌氧池溢流堰,18-集气罩出气 口,19-N 20催化分解反应器,20-N20催化分解反应器出气口,21-N20催化分解反应器进气 口,22-加热区,23-催化反应区。
具体实施方式
[0029] 下面通过具体的实施方案叙述本发明的一种控制污水处理过程N20排放的生 物-物化组合工艺。除非特别说明,本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知 的方法。另外,实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的范围,本发明的实质和范围 仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明实质和范围的前提下, 对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。 [00 30] 实施例1
[0031] 一种控制污水处理过程n2o排放的生物-物化组合设备,由厌氧-缺氧-好氧一 体化生物反应器、沉淀池11、集气罩15和N 20催化分解反应器19组成。
[0032]所述厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器由两块高度不同的挡板隔成厌氧区3、缺 氧区4和好氧区5 ;其中两块挡板之间的区域构成缺氧区4,两块挡板中的高挡板与容器壁 构成的区域为厌氧区3,两块挡板中的低档板与容器壁构成的区域为好氧区5 ;缺氧区4容 器壁底部设置泥水混合液进口,好氧区5容器壁下部设置泥水混合液出口,缺氧区4泥水混 合液进口与好氧区5泥水混合液出口通过管线与泥水混合液回流泵8连接;厌氧区3上部 设置进水口 1,该进水口 1与进水管连接;好氧区5容器壁上部设置出水口,出水口通过管 线与沉淀池11连接;厌氧区3和缺氧区4设有泥水搅拌器2 ;厌氧区3容器壁底部设置污 泥回流液进口;好氧区5底部设置曝气管6,通过管线与气泵7连接。所述的高挡板上设置 有溢流堰17,低档板上设置有溢流堰16。
[0033] 所述沉淀池11为开口的圆锥体形状容器,上部设置出水口 12,出水口 12上部的容 器壁上设置溢流堰13,在容器的底部设置排泥口 10 ;容器壁下部设置有进水口,进水口与 好氧区5出水口通过管线连接;容器的底部设置污泥回流口,污泥回流口与厌氧区底部污 泥回流液进口通过管线与污泥回流泵9连接;容器腔体内部为污泥沉淀区。
[0034] 所述集气罩15为梯形体,集气罩15下部敞口,上部密封;集气罩15上部设置一个 出气口 18 ;集气罩15下部与厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器上部通过法兰14密封连 接。
[0035] 所述N20催化分解反应器19进气口 21与集气罩15出气口 18通过管线连接。
[0036] 所述N20催化分解反应器19,主要包括进气口 21、气体加热区22、催化反应区23 和出气口 20。气体首先通过进气口 21进入气体加热区22,经加热后进入催化反应区23进 行催化反应,反应后的气体经出气口 20排放。
[0037] 实施例2
[0038] 一种控制污水处理过程N20排放的生物-物化组合工艺包括以下步骤:
[0039] (1)污水生物处理
[0040] 污水通过厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器厌氧区的进水口按照设定流量持续 进入厌氧区中,与来自沉淀池内含有微生物的活性污泥混合,其中含有微生物的活性污泥 在混合液中的含量为2000mg/L,边搅拌边处理lh,经处理的厌氧区的泥水混合液通过厌氧 区和缺氧区中间挡板的溢流堰进入缺氧区中,边搅拌边处理2h,经处理的缺氧区中的泥水 混合物通过缺氧区和好氧区中间挡板的溢流堰进入好氧区中处理7h,开启气泵通过曝气管 曝气,同时开启好氧区和缺氧区之间的污泥循环泵,泥水混合液通过污泥循环泵循环回流, 污泥回流比为180 %,去除污水中的污染物。
[0041] (2)污泥沉降、回收
[0042] 经处理的好氧区内的泥水混合物通过好氧区容器壁的出水口进入沉淀池,沉淀后 的污泥一部分通过污泥回流泵回流到厌氧区,另外一部分作为剩余污泥通过排泥口外排, 经过沉淀池沉淀后的上清液通过沉淀池上部出水口排放。
[0043] (3)气体收集
[0044] 厌氧区、缺氧区和好氧区处理污水过程中逸散的N20及其它气体组成的混合气体 在好氧区曝气过程气体动力作用下进入集气罩,通过集气罩进入N 2o催化分解反应器。
[0045] (4) N20气体催化分解
[0046] 集气罩中的含有队0的混合气体首先通过进气口进入气体加热区,经加热至300°C 后进入催化反应区进行催化反应,以NiO为催化剂,混合气体中的N 20通过N20催化分解反 应器的催化分解作用分解为队和0 2,其余气体与分解产生的队和0 2通过N20催化分解反应 器的出气口排放。
[0047] 污水经处理后的出水及原水主要污染物浓度如表1所示,出水达到城镇污水处理 厂污染物排放标准一级B ;污水处理过程中释放的N20处理前后浓度如表2所示,经本发明 处理后N20释放量减少了 99. 2%,避免了大量N20直接向环境释放。
[0048] 表1污水处理前后主要污染物浓度变化(mg/L)
Figure CN103214146BD00071
[0050] 表2 N20处理前后浓度变化(ppm)
Figure CN103214146BD00072
[0052] 实施例3
[0053] 一种控制污水处理过程N20排放的生物-物化组合工艺包括以下步骤:
[0054] (1)污水生物处理
[0055]污水通过厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器厌氧区的进水口按照设定流量持续 进入厌氧区中,与来自沉淀池内含有微生物的活性污泥混合,其中含有微生物的活性污泥 在混合液中的含量为3000mg/L,边搅拌边处理1. 5h,经处理的厌氧区的泥水混合液通过厌 氧区和缺氧区中间挡板的溢流堰进入缺氧区中,边搅拌边处理2. 5h,经处理的缺氧区中的 泥水混合物通过缺氧区和好氧区中间挡板的溢流堰进入好氧区中处理8h,开启气泵通过曝 气管曝气,同时开启好氧区和缺氧区之间的污泥循环泵,泥水混合液通过污泥循环泵循环 回流,污泥回流比为200%,去除污水中的污染物。
[0056] (2)污泥沉降、回收
[0057] 经处理的好氧区内的泥水混合物通过好氧区容器壁的出水口进入沉淀池,沉淀后 的污泥一部分通过污泥回流泵回流到厌氧区,另外一部分作为剩余污泥通过排泥口外排, 经过沉淀池沉淀后的上清液通过沉淀池上部出水口排放。
[0058] (3)气体收集
[0059] 厌氧区、缺氧区和好氧区处理污水过程中逸散的N20及其它气体组成的混合气体 在好氧区曝气过程气体动力作用下进入集气罩,通过集气罩进入N 2o催化分解反应器。
[0060] (4) N20气体催化分解
[0061] 集气罩中的含有队0的混合气体首先通过进气口进入气体加热区,经加热至400°C 后进入催化反应区进行催化反应,以Fe 203为催化剂,混合气体中的N20通过N20催化分解反 应器的催化分解作用分解为队和0 2,其余气体与分解产生的队和0 2通过N20催化分解反应 器的出气口排放。
[0062] 污水经处理后的出水及原水主要污染物浓度如表3所示,出水达到城镇污水处理 厂污染物排放标准一级B ;污水处理过程中释放的N20处理前后浓度如表4所示,经本发明 处理后N20释放量减少了 99. 08%,避免了大量N20直接向环境释放。
[0063] 表3污水处理前后主要污染物浓度变化(mg/L)
Figure CN103214146BD00081
[0065] 表4 N20处理前后浓度变化(ppm)
Figure CN103214146BD00082
[0067] 实施例4
[0068] -种控制污水处理过程N20排放的生物-物化组合工艺包括以下步骤:
[0069] (1)污水生物处理
[0070] 污水通过厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器厌氧区的进水口按照设定流量持续 进入厌氧区中,与来自沉淀池内含有微生物的活性污泥混合,其中含有微生物的活性污泥 在混合液中的含量为4000mg/L,边搅拌边处理2h,经处理的厌氧区的泥水混合液通过厌氧 区和缺氧区中间挡板的溢流堰进入缺氧区中,边搅拌边处理3h,经处理的缺氧区中的泥水 混合物通过缺氧区和好氧区中间挡板的溢流堰进入好氧区中处理9h,开启气泵通过曝气 管曝气,同时开启好氧区和缺氧区之间的污泥循环泵,泥水混合液通过污泥循环泵循环回 流,污泥回流比为220 %,去除污水中的污染物。
[0071] (2)污泥沉降、回收
[0072] 经处理的好氧区内的泥水混合物通过好氧区容器壁的出水口进入沉淀池,沉淀后 的污泥一部分通过污泥回流泵回流到厌氧区,另外一部分作为剩余污泥通过排泥口外排, 经过沉淀池沉淀后的上清液通过沉淀池上部出水口排放。
[0073] (3)气体收集
[0074] 厌氧区、缺氧区和好氧区处理污水过程中逸散的N20及其它气体组成的混合气体 在好氧区曝气过程气体动力作用下进入集气罩,通过集气罩进入N 20催化分解反应器。
[0075] (4) N20气体催化分解
[0076] 集气罩中的含有队0的混合气体首先通过进气口进入气体加热区,经加热至500°C 后进入催化反应区进行催化反应,以A1 203为催化剂,混合气体中的N20通过N20催化分解反 应器的催化分解作用分解为队和0 2,其余气体与分解产生的队和0 2通过N20催化分解反应 器的出气口排放。
[0077] 污水经处理后的出水及原水主要污染物浓度如表5所示,出水达到城镇污水处理 厂污染物排放标准一级B ;污水处理过程中释放的N20处理前后浓度如表6所示,经本发明 处理后N20释放量减少了 99. 49%,避免了大量N20直接向环境释放。
[0078] 表5污水处理前后主要污染物浓度变化(mg/L)
Figure CN103214146BD00091
[0080] 表6 N20处理前后浓度变化(ppm)
Figure CN103214146BD00092

Claims (6)

1. 一种控制污水处理过程N 20排放的生物-物化组合工艺,包括以下步骤: (1) 污水生物处理 污水通过厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器厌氧区的进水口按照设定流量持续进 入厌氧区中,与来自沉淀池内含有微生物的活性污泥混合,边搅拌边处理1-2h,经处理的 厌氧区的泥水混合液通过厌氧区和缺氧区中间挡板的溢流堰进入缺氧区中,边搅拌边处理 2-3h,经处理的缺氧区中的泥水混合物通过缺氧区和好氧区中间挡板的溢流堰进入好氧区 中处理7-9h,开启气泵通过曝气管曝气,同时开启好氧区和缺氧区之间的污泥循环泵,泥水 混合液通过污泥循环泵循环回流,去除污水中的污染物; 所述含有微生物的活性污泥在混合液中的含量为2000-4000mg/L ; 所述循环回流的污泥回流比为180-220% ; (2) 污泥沉降、回收 经处理的好氧区内的泥水混合物通过好氧区容器壁的出水口进入沉淀池,沉淀后的污 泥一部分通过污泥回流泵回流到厌氧区,另外一部分作为剩余污泥通过排泥口外排,经过 沉淀池沉淀后的上清液通过沉淀池上部出水口排放; (3) 气体收集 厌氧区、缺氧区和好氧区处理污水过程中逸散的N2O及其它气体组成的混合气体在好 氧区曝气过程的气体动力作用下进入集气罩,通过集气罩进入N2O催化分解反应器; (4) N2O气体催化分解 集气罩中的含有N2O的混合气体首先通过进气口进入气体加热区,经加热至300°C后进 入催化反应区进行催化反应,混合气体中的队0通过N2O催化分解反应器的催化分解作用分 解为队和0 2,其余气体与分解产生的队和0 2通过N 20催化分解反应器的出气口排放; 所述催化反应区采用的催化剂是NiO、Fe203、A1203、CuO、MoO 3*的一种或多种,或一种 或多种载铁的沸石催化剂。
2. 如权利要求1所述的一种控制污水处理过程N20排放的生物-物化组合工艺所采用 的设备,由厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器、沉淀池、集气罩和N 2O催化分解反应器组 成。
3. 如权利要求2所述设备,其特征在于,所述厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应器由两 块高度不同的挡板隔成厌氧区、缺氧区和好氧区;其中两块挡板之间的区域构成缺氧区,两 块挡板中的高挡板与容器壁构成的区域为厌氧区,两块挡板中的低档板与容器壁构成的区 域为好氧区;缺氧区容器壁底部设置泥水混合液进口,好氧区容器壁下部设置泥水混合液 出口,缺氧区泥水混合液进口与好氧区泥水混合液出口通过管线与污泥循环泵连接;厌氧 区上部设置进水口与进水管连接;好氧区容器壁上部设置出水口通过管线与沉淀池连接; 厌氧区和缺氧区设置泥水搅拌器;厌氧区容器壁底部设置污泥回流液进口;好氧区底部设 置曝气管,曝气管通过管线与气泵连接;所述高挡板和低档板上设置溢流堰。
4. 如权利要求2所述的设备,其特征在于,所述沉淀池为圆锥体容器,在容器壁的上部 设置出水口,出水口上部的容器壁上设置溢流堰,在容器的底部设置排泥口;容器壁下部设 置进水口,进水口与好氧区出水口通过管线连接;容器的底部设置污泥回流口,污泥回流口 与厌氧区底部污泥回流液进口通过管线与污泥回流泵连接;容器腔体内部为污泥沉淀区。
5. 如权利要求2所述的设备,其特征在于,所述集气罩为梯形体,所述集气罩下部敞 口,上部密封;所述集气罩上部设置一个出气口,下部与厌氧-缺氧-好氧一体化生物反应 器上部通过法兰密封连接。
6.如权利要求2所述的设备,其特征在于,所述N 20催化分解反应器设置进气口、气体 加热区、催化反应区和出气口;所述N2O催化分解反应器进气口与集气罩出气口通过管线连 接。
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