CN106986447A - 一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统及方法。处理系统包括：依次连接的尿液储存池、游离亚硝酸反应池和游离亚硝酸投加系统；所述尿液储存池用于原位收集并水解尿液；所述游离亚硝酸反应池用于将水解后的尿液通过亚硝化反应制备游离亚硝酸溶液；所述游离亚硝酸投加系统用于实现所述游离亚硝酸溶液与管道接触。本发明的处理系统及方法具有结构简单、操作方便、效果稳定等优点，在源头分离资源化、污水管道优化运行管理等方面有着非常广阔的应用前景。

Description

一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理与资源化技术领域，更具体地，涉及一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统及处理方法。
背景技术
污水管道腐蚀恶臭是全球问题，严重威胁人体与环境健康，管道维修与重建的花费巨大，因此，防治管道腐蚀恶臭问题极其严峻。而污水中硫化物是引起管道问题的主要污染物，它是由附着在管壁生物膜与管底沉积物的硫酸盐还原菌引起的。因此，解决管道腐蚀恶臭问题的根本办法是抑制或杀死硫酸盐还原菌。
目前较多的控制方法却局限在去除水体中已存在的硫化物，如曝气充氧、调节pH成酸性、硝酸盐氧化、金属盐沉淀等。由于水体中硫化物源源不断地从生物膜和沉积物中产生，因此以上方法是持续地投加过程，将引起高费用、大量药剂消耗缺点，长期用这些方法进行实际管道控制尤其困难。因此，找到一种可持续发展的控制方法是必要的。最近游离亚硝酸(FNA)，也称自由亚硝酸，被发现是一种微生物灭活剂，在污水处理体系中发挥着重要作用。最新的研究表明FNA可以杀死管道生物膜硫酸盐还原菌，同时也可以抑制产甲烷菌活性，进而抑制硫化物和甲烷的生成，如CN102939013A公开了一种用于在包含硫酸盐还原细菌或产甲烷古细菌(或两者)的环境中控制此类生物的活性的方法，包括利用游离亚硝酸或用包含亚硝酸根的具有低于7的pH的溶液处理该环境，或通过将亚硝酸盐添加至环境并且使环境中的pH低于7来处理环境。
而FNA投加过程一般是间歇过程，投加处理时间间隔可长达10天左右。但目前实际应用中通常是用亚硝酸盐和盐酸药剂制备FNA，即使采用间歇投加处理方式的药剂消耗量也很大，这会引起昂贵的药剂费用，并且还会向环境中引入额外氮污染物，增加后续污水处理工艺过程的压力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是FNA药剂费用高、消耗量大且不能长期实际控制污水管道。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统，包括：
依次连接的尿液储存池、游离亚硝酸反应池和游离亚硝酸投加系统；
所述尿液储存池用于原位收集并水解尿液；
所述游离亚硝酸反应池用于将水解后的尿液通过亚硝化反应制备游离亚硝酸溶液；
所述游离亚硝酸投加系统用于实现所述游离亚硝酸溶液与待处理管道接触。
优选地，所述尿液储存池为封闭式，所述水解为密闭水解2-6d。
优选地，所述游离亚硝酸反应池包括序批式反应器，所述序批式反应器包括曝气装置、好氧装置和溶解氧控制装置；所述曝气装置用于给所述亚硝化反应提供氧气；所述好氧装置用于将水解后含氨氮的尿液变为含亚硝氮的溶液；所述溶解氧控制装置用于将含亚硝氮的溶液中溶解氧的浓度调整至0.2-1mgDO/L。
优选地，所述好氧装置中包括接种含亚硝化细菌的活性污泥。
优选地，所述序批式反应器还包括搅拌装置，用于将所述活性污泥与所述水解后含氨氮的尿液充分接触。
优选地，所述游离亚硝酸投加系统包括投入装置或喷射装置；所述投入装置用于连续或间歇将所述游离亚硝酸溶液投入至待处理管段；所述喷射装置用于连续或间歇将所述游离亚硝酸溶液喷射至待处理管段。
优选地，所述处理系统还包括设在所述游离亚硝酸反应池与游离亚硝酸投加系统之间的游离亚硝酸溶液储存池，用于将制备得到的游离亚硝酸溶液储存。
优选地，所述处理系统还包括与尿液储存池连接的碱液投加池，所述碱液投加池储存碱液，用于通过投加碱度优化控制游离亚硝酸的产量。
根据本发明的一个方面，还提供了一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理方法，包括：
将水解后的尿液通过亚硝化反应制备得到游离亚硝酸溶液，使用所述游离亚硝酸溶液处理待处理管理。
优选地，所述亚硝化反应中尿液的氨氮浓度为400-900mgN/L，溶解氧浓度在0.2-1mgDO/L。
优选地，所述方法还包括将水解后的尿液储存2-6d后再进行亚硝化反应，所述游离亚硝酸溶液的浓度为4-7mgHNO2/L。
优选地，所述方法还包括向所述亚硝化反应中加入碱，碱优选为碳酸氢钠溶液。
(三)技术效果
(1)本发明提出的系统及方法实现了源分离尿液的资源化，同时也提出了一种就地取材实现污水处理的可持续路径，尤其是污水管网内危害气体的原位控制；
(2)本发明通过尿液本身高氨氮，碱度不足的特性，实现高浓度FNA的累积，利用FNA对硫酸盐还原菌、产甲烷菌具有灭活的特点，达到对污水管道腐蚀恶臭控制效果；
(3)本发明的方法成本低、实现便利，同时不会在污水处理的过程中引入额外氮污染物等；
(4)本发明中FNA制备过程稳定简单节能，FNA可结合支管原位投加，节省较远的运输问题，在污水管道腐蚀恶臭控制技术中有着非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为根据本发明一个优选实施例中用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个优选实施例中SBR反应池的示意图；
图3为根据本发明实施例1中使用本发明的处理系统得到的FNA与化学药剂得到的FNA的浓度的抑制效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供了一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统，包括：依次连接的尿液储存池4、游离亚硝酸FNA反应池5和游离亚硝酸FNA投加系统6；尿液储存池4用于原位收集并水解尿液；游离亚硝酸FNA反应池5用于将尿液储存池中尿液通过亚硝化反应制备游离亚硝酸FNA溶液；游离亚硝酸FNA投加系统用于实现游离亚硝酸FNA溶液与待处理管道接触。
随着尿液源分离技术的发展，尿液可以单独收集进行稳定化与资源化处理。尿液中的氮素占污水体系中的80％，仅需将一小部分尿液收集用于亚硝化处理，通过适宜的条件，即可形成稳定的高浓度FNA，应用污水管网系统内硫化氢和甲烷控制的分散式原位投加处理策略，新的FNA制备和投加处理模式，可以为管道腐蚀恶臭等问题的控制提供新的可持续的思路和方法。
尿液储存池4将收集的尿液水解成为氨分子，游离亚硝酸FNA反应池5将水解后的尿液通过亚硝化反应制备得到游离亚硝酸FNA溶液，游离亚硝酸FNA投加系统将FNA溶液与待处理管道接触，实现原位就地取材实现管道处理的可持续路径。根据需要，FNA投加系统可以投入待处理管道，使得管道内微生物暴露在FNA溶液中一定时间，进而达到抑制或者杀死管道内生物膜或者沉积物中微生物的目的，实现抑制管段硫酸盐还原过程或厌氧发酵产甲烷过程的发生，进而达到控制污水管网内硫化氢和甲烷的产生，实现污水管网优化运行管理的目的。
为了使水解后的尿液能最大化地转化为游离亚硝酸溶液，水解后的尿液中氨氮浓度优选调整为400-900mgN/L。为了使该氨氮浓度在该值，尿液储存池4中还可以包括氨氮浓度调节器，用于将水解后尿液控制在上述范围值。
在本发明一个优选实施例中，运用尿液原位处理制备FNA过程中，可通过设置与尿液储存池连接的碱液投加池，用于通过投加碱度优化控制游离亚硝酸产量，即通过投加适量碱度进一步提高FNA产物浓度，将碱度与自由氨比例控制至原来的1.5-1.8倍，则可使得更多的氨氮反应为亚硝氮，pH最终也可降低至6以下，这样可产生更多的FNA产物。具体的碳酸氢钠投加量可根据尿液储存池里的氨氮浓度实时控制调节。
在本发明中尿液的收集是通过源分离收集一定人口的尿液，为了使得氨氮浓度在400-900mgN/L，尿液储存池可设计为封闭式，将收集的尿液密闭水解2-6d，在这个过程中不用使用氨氧浓度调节器，将收集到的源分离尿液短期密闭储存能产生较高浓度的氨氮和较高的pH，不需要额外加入pH调节剂。
在本发明一个优选实施例中，尿液储存池可以直接与源分离马桶2连接，其中，源分离马桶可以将大小便分开存储。如图1所示，经冲水装置3冲水后，源分离马桶可以将尿液1收集，并输至尿液储存池4中。
在本发明中的亚硝化反应是指将氨氮分子中的氢被亚硝基取代的反应得到含有亚硝氮的溶液，将含有较高浓度的氨氮亚硝化反应实现亚硝酸盐的累积，为了使亚硝化反应中反应较完全，使得含亚硝氮的溶液中溶解氧的浓度调整至0.2-1mgDO/L。
在本发明中，为了减少制备亚硝酸溶液所需的试剂以及装置，本发明优选使用序批式反应器来完成亚硝化反应，即该FNA反应池5包括序批式反应器，序批式反应器包括曝气装置、好氧装置和溶解氧控制装置；曝气装置用于给所述亚硝化反应提供氧气；好氧装置用于将水解后含氨氮的尿液变为含亚硝氮的溶液；溶解氧控制装置用于将含亚硝氮的溶液中溶解氧的浓度控制至0.2-1mgDO/L，优选为0.2-0.3mgDO/L。
在本发明一个优选实施方式中，如图2所示，序批式反应器为SBR反应池，包括进水口10、出水口11、蠕动泵12、搅拌桨13、曝气口14、曝气装置15和反应池16。
在本发明一个优选实施方式中，SBR反应器水里停留时间通常是24h，每8个小时为一个周期，排去1/3体积的污水，再重新进入新的1/3体积的污水。前0.5h为反应器进水，接下来的6个小时为反应器曝气反应，最后1.5个小时是静置与排水。
其中，为了减少试剂的消耗以及提高得到的亚硝酸溶液的纯度，好氧装置中包括接种含亚硝化细菌的活性污泥，可以将水解后含氨氮的尿液变为含亚硝氮的溶液。
为了提高活性污泥的利用率，在序批式反应器中还可以包括搅拌装置，使得活性污泥与所述水解后含氨氮的尿液充分接触。
在本发明一个最优选实施例中，在密闭水解2-6天后，使得进入序批式反应器中水解后尿液中氨氮的浓度为400-900mgN/L，此时尿液中既有浓度较高的氨氮，也有较高的pH；在序批式反应器中使用含硝化细胞的活性污泥，在氧气存在下，将水解的尿液变为亚硝氮的溶液，此时，在溶液中溶解氧的浓度在0.2-1mgDO/L，在该方案中并不需要溶解氧控制装置，并且同时pH可下降至5.5-6，将该溶液置于序批式反应器中静置，在该pH值下，含有亚硝氮的溶液可以转变为高浓度的FNA，FNA的浓度为4-7mgHNO2/L。即序批式反应器包括曝气装置和好氧装置。在该方案的系统中，不需要设置氨氧浓度调节装置和溶解氧控制装置，即也不需要在含亚硝氮的溶液中加入额外的酸来得到亚硝酸，最大化地简化了工艺，节约了资源。
在本发明一个优选实施例中，还可以通过外加碱度优化控制FNA产物的浓度增至6-10mgHNO2/L，碱可以为碳酸氢钠溶液。
在本发明一个优选实施例中，游离亚硝酸投加系统可以包括投入装置或喷射装置。其中，装置种类的选用可以根据需要设置。投入装置用于连续或间歇将游离亚硝酸溶液投入至待处理管段，喷射装置用于连续或间歇将游离亚硝酸溶液喷射至待处理管段。
在本发明一个优选实施例中，如图1所示，将游离亚硝酸溶液输送至污水管道8中，并进入污水处理厂9中。
在本发明一个优选实施例中，处理系统中还可以包括设在游离亚硝酸FNA反应池与游离亚硝酸FNA投加系统之间的游离亚硝酸溶液FNA储存池，用于将制备得到的游离亚硝酸溶液储存。
为了更好地实现抑制管道硫化物和甲烷的产生，FNA浸泡管道的时间设为8-24h，FNA投加间隔时间在10～30天之间。
本发明还提供了一种尿液处理方法，包括：将水解后的尿液通过亚硝化反应制备得到游离亚硝酸FNA溶液，使用游离亚硝酸FNA溶液处理待处理管道。
其中，本发明的处理方法可以使用能实现上述方法的装置，优选使用本发明所公开的用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统。
为了得到较高浓度的氨氮和较高的pH，水解为密闭水解2-6d，使得水解后的尿液中的氨氮浓度为400-900mgN/L。
为了尽可能简化步骤得到高纯度的FNA溶液，亚硝化反应通过序批式反应器来实现，该序批式反应器中包括曝气装置和好氧装置，其中，好氧装置包括接种含亚硝化细菌的活性污泥，将水解后含氨氮的尿液变为含亚硝氮的溶液，在该反应后，在溶液中溶解氧的浓度在0.2-1mgDO/L，优选为0.2-0.3mgDO/L。在该方案中并不需要溶解氧控制装置，并且同时pH可自动下降至5.5，将该溶液静置，在该pH值下，含有亚硝氮的溶液可以转变为浓度为4-7mgHNO2/L的FNA，不需要额外加入酸。
为了更好地实现抑制管道硫化物和甲烷的产生，使用FNA处理污水时，FNA浸泡管道的时间优选设为8-24h，FNA投加间隔时间在10～30天之间。
本发明创新点在于将尿液资源回用与FNA高效管道腐蚀恶臭控制效果结合起来，为两者的结合处理提供了新的思路。本发明首次提出将尿液处理为FNA再进行管道硫化氢控制的一体化策略，真正实现原位、高效，低成本的可持续投加方式，不仅如此，该策略不向环境中引入额外的氮负荷，保护环境。经过本发明的试验考察，确定尿液可以很容易实现高浓度FNA积累，并且证实尿液制备的FNA与化学药剂对于硫化氢控制结果相同，为污水管网腐蚀恶臭控制提供了新的思路。
实施例1
如图1所示，用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统，包括：源分离马桶2、冲水装置3、尿液储存池4、SBR反应池5、FNA储存池6、FNA制备装置7、污水管道8和污水处理厂9，其中，FNA制备装置包括尿液储存池4、SBR反应池5和FNA储存池6。
在本实施例中，结合人口的数量与地点，将该处理系统搭建在污水管道的上游，将稀释的尿液在尿液储存池中停留2天后用泵送到SRB反应池中，稀释后的尿液氨氮浓度在400-900mgN/L,停留时间为1天，溶解氧浓度为0.2-0.3mgDO/L。
如图3所示，分别使用本发明的系统的尿液产物和现有能产生FNA的化学药剂对待处理管道进行处理，从图中可以看出，本发明的系统的尿液产物产生的游离亚硝酸溶液与化学药剂产生的游离亚硝酸溶液抑制硫化物产生的效果基本相同，有效地证明本发明的系统以及方法使用尿液有效地制备得到了游离亚硝酸。同时，本发明的系统大大减少了化学试剂的使用，环保，有效地利用了尿液。本发明的处理系统及方法原位收集尿液，就地取材，节省了常规方法中化学药剂的运输费。
本发明提供的基于尿液用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统通过居民楼或者公共建筑的源头分离实现尿液的单独收集，并将收集尿液经过稳定氨化处理后，投入一个活性污泥反应器，在充氧曝气条件下使得尿液发生生化反应，实现稳定的短程硝化过程，仅让尿液中氨氮被氧化成亚硝酸盐，在反应器中实现大量亚硝酸盐的累积，以达到制备大量FNA的目的，并将制得的FNA通过一定投加方式(间歇或连续投加)，投入污水收集管道，使得管道内微生物暴露在FNA溶液中一定时间，进而达到抑制或者杀死管道内生物膜或者沉积物中微生物目的，实现抑制管段硫酸盐还原过程或者厌氧发酵产甲烷过程的发生，进而达到控制污水管网内硫化氢和甲烷的产生，实现污水管网优化运行管理的目的。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理系统，包括：
依次连接的尿液储存池、游离亚硝酸反应池和游离亚硝酸投加系统；
所述尿液储存池用于原位收集并水解尿液；
所述游离亚硝酸反应池用于将水解后的尿液通过亚硝化反应制备游离亚硝酸溶液；
所述游离亚硝酸投加系统用于实现所述游离亚硝酸溶液与待处理管道接触。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述尿液储存池为封闭式，所述水解为密闭水解2-6d。
3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述游离亚硝酸反应池包括序批式反应器，所述序批式反应器包括曝气装置、好氧装置和溶解氧控制装置；所述曝气装置用于给所述亚硝化反应提供氧气；所述好氧装置用于将水解后含氨氮的尿液变为含亚硝氮的溶液；所述溶解氧控制装置用于将含亚硝氮的溶液中溶解氧的浓度控制至0.2-1mgDO/L。
4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述好氧装置中包括接种含亚硝化细菌的活性污泥，所述序批式反应器还包括搅拌装置，用于将所述活性污泥与所述水解后含氨氮的尿液充分接触。
5.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述游离亚硝酸投加系统包括投入装置或喷射装置；所述投入装置用于连续或间歇将所述游离亚硝酸溶液投入至待处理管段；所述喷射装置用于连续或间歇将所述游离亚硝酸溶液喷射至待处理管段。
6.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括设在所述游离亚硝酸反应池与游离亚硝酸投加系统之间的游离亚硝酸溶液储存池，用于将制备得到的游离亚硝酸溶液储存。
7.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括与尿液储存池连接的碱液投加池，所述碱液投加池储存碱液，用于通过投加碱度优化控制游离亚硝酸的产量。
8.一种用于控制管道腐蚀恶臭的处理方法，包括：
将水解后的尿液通过亚硝化反应制备得到游离亚硝酸溶液，使用所述游离亚硝酸溶液处理待处理管道。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，所述亚硝化反应中尿液的氨氮浓度为400-900mgN/L，溶解氧浓度在0.2-1mgDO/L。
10.根据权利要求8或9所述的处理方法，其特征在于，所述方法还包括将水解后的尿液储存2-6d后再进行亚硝化反应，所述游离亚硝酸溶液的浓度为4-7mgHNO2/L。
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