CN111675253A - 污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水管道领域，公开了污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法。该处理系统包括：尿液收集池，尿液收集池用于收集并水解原位尿液以提高原位尿液中游离氨的浓度，让尿液投加到待处理管段，抑制污水管道的生物膜或沉积物活性。该处理方法包括：S1、收集原位尿液；S2、将步骤S1收集到的原位尿液水解以提高原位尿液中游离氨的浓度；S3、将步骤S2中水解后的尿液投加至污水管道中，通过接触以抑制污水管道的生物膜或沉积物活性。本发明利用原位尿液实现了污水管道硫化物和甲烷产生的控制；不依靠化学药剂的投加就可以实现下游污水管道微生物的灭活；成本低廉，操作简单，就地取材，环境友好，对于污水管道维护具有广阔的应用前景。

Description

污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法

技术领域

本发明涉及污水管道领域，特别是涉及一种污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法。

背景技术

污水管道是现代社会的重要基础设施之一。然而，在污水管道系统日常运行中有两个值得关注的问题。第一个是硫化物，它是硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria；简称：SRB)利用废水中的硫酸盐和有机物质产生的还原产物。溶解的硫化物转化为硫化氢引起管道混凝土腐蚀，降低下水道的使用寿命，造成巨大损失，并导致严重的恶臭和健康问题。第二个问题是甲烷，它主要是由产甲烷古菌(Methanogenic archaea；简称：MA)产生的。甲烷是一种很强的温室气体，减少甲烷的产生是控制其向大气环境排放的关键。此外，硫化物和甲烷的产生都消耗废水中的有机碳，因此对下游污水处理厂造成了碳源不足的影响。

以往的研究证明，抑制SRB和MA活性是控制污水管道硫化物和甲烷的最有效方法。目前的抑制方法主要通过投加化学物质，包括氢氧化镁、铁盐，亚硝酸盐和硝酸盐。然而，就工业经济方面来说，连续不断地添加这些化学药品是非常昂贵的，对于管道维护来说成本过高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例的目的是提供一种污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法，以解决现有技术中存在的投加化学药品消耗量大，成本高的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种污水管道硫化物和甲烷处理系统，包括：尿液收集池，所述尿液收集池的出口与待处理污水管道连通，或通过运送装置将尿液运输至待处理污水管段，所述尿液收集池用于收集并水解原位尿液以提高原位尿液中游离氨的浓度，抑制所述污水管道的生物膜活性。

其中，所述尿液收集池为密闭式。

其中，还包括第一浓度监测装置和第二浓度监测装置，所述第一浓度监测装置设置于所述尿液收集池的出口处，所述第二浓度监测装置设于所述待处理污水管道内。

其中，还包括投加装置，所述尿液收集池的出口通过所述投加装置与所述待处理污水管道连通，且所述投加装置朝向所述待处理污水管道的待处理位置。

其中，还包括粪尿分离器，所述尿液收集池的入口通过所述粪尿分离器与卫生便器的下水管道连通。

本发明实施例还公开了一种利用本发明实施例的污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法，包括：

S1、收集原位尿液；

S2、将步骤S1收集到的原位尿液水解以提高原位尿液中游离氨的浓度；

S3、将步骤S2中水解后的尿液投加至污水管道中，通过接触以抑制污水管道的生物膜或沉积物活性。

其中，在步骤S2中：

通过对原位尿液密闭水解3至7天，以提高原位尿液中游离氨的浓度。

其中，在步骤S3中：

通过水解后的尿液投加至污水管道，与生物膜或沉积物接触24小时，并设定投加间隔周期为一周。

其中，

在步骤S2中：

水解后的尿液氨氮浓度的取值范围为2000-6000mg N/L；

在步骤S3中：

将水解后的尿液投加至污水管道中，被污水稀释后的氨氮浓度不小于500mg N/L，游离氨浓度不小于150mg NH₃-N/L。

(三)有益效果

本发明实施例提供的一种污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法，利用尿液收集池收集并水解原位尿液以获得具有高浓度游离氨的尿液，将其投放到待处理污水管道中，通过接触实现管壁生物膜或沉积物灭活，从而降低硫化物和甲烷的浓度。本发明实施例利用原位尿液实现了污水管道硫化物和甲烷的控制；首次揭示了游离氨对厌氧生物膜的强灭活性；不依靠化学药剂的投加，就可以实现下游污水管道生物膜的灭活；成本低廉，操作简单，就地取材，环境友好，对于污水管道维护具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中的污水管道硫化物和甲烷处理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法的流程图；

图3为使用本发明实施例的处理方法灭活污水管道生物膜的效果图；

图4为使用本发明实施例的处理方法处理污水管道硫化物和甲烷的效果图。

附图标记：

1：建筑物；2：下水管道；3：粪尿分离器；4：尿液收集池；5：阀门；6：待处理污水管道。

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。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例公开了一种污水管道硫化物和甲烷处理系统，包括：尿液收集池4，尿液收集池4的出口与待处理污水管道6连通，或通过运送装置(例如可通过运输车或运输管道等远程运送方式)将尿液运输至待处理污水管段，尿液收集池4用于收集并水解原位尿液以提高原位尿液中游离氨的浓度，抑制污水管道的生物膜或沉积物活性。

具体地，本实施例的尿液收集池4为埋设于建筑物1的下方，尿液收集池4包括入口和出口，尿液收集池4的入口与卫生便器的下水管道2连接，用于收集原位尿液，并利用水解的方式提高原位尿液中的游离氨的浓度，当尿液收集池4内的pH值升至9，即可通过尿液收集池4的出口排放至待处理污水管道6，通过与污水管道内的生物膜接触，以达到抑制或者杀死管道内生物膜或沉积物微生物的目的，抑制管网中硫酸盐还原过程和厌氧发酵产甲烷过程的发生，降低硫化物和甲烷的浓度，实现了就地取材，可持续处理硫化物和甲烷。

通过运送装置将尿液运输至待处理污水管段，可实现远程投加策略。

游离氨(即NH3，简称：FA)被认为是SRB和MA的抑制剂。有研究表明FA在厌氧消化系统对微生物能够产生抑制；最近的研究表明，微生物短期(如1天)暴露于FA可导致细胞裂解并破坏细胞膜结合酶；也有研究发现，在废水处理系统中，基于FA的活性污泥处理可以减少污泥产量。然而，基于FA的处理方法，在下水道中所知甚少。

随着粪尿分离技术的发展，尿液可以单独收集进行稳定化和资源化处理。尿液中的氮素占污水体系中的80％，仅需将尿液进行简单的收集，就可以应用于污水管网系统内硫化物和甲烷的控制。

本实施例中的污水管道系统的卫生便器的下水管道2还直接与污水管道连接，通过污水管道将污水直接排出。在利用本处理系统进行污水管道处理时，不影响污水直接排出，即在用尿液对污水管道处理时，可被污水稀释后与生物膜或沉积物接触。为了保证稀释后的尿液的游离氨的浓度满足处理要求，可对污水管道内的氨氮浓度和游离氨浓度进行监测。

本发明实施例提供的一种污水管道硫化物和甲烷处理系统和处理方法，利用尿液收集池4收集并水解原位尿液以获得具有高浓度游离氨的尿液，将其投放到待处理污水管道6中，通过接触实现抑制或杀死管壁生物膜活性，从而降低硫化物和甲烷的浓度。本发明实施例利用原位尿液实现了污水管道硫化物和甲烷的控制；首次揭示了游离氨对厌氧生物膜或沉积物的强灭活性；不依靠化学药剂的投加，就可以实现下游污水管道生物膜的灭活；成本低廉，操作简单，就地取材，环境友好，对于污水管道维护具有广阔的应用前景。

其中，尿液收集池4为密闭式。在本实施例中采用的是密闭水解原位尿液的方式，来获得具有高浓度游离氨的尿液。具体地，将收集到的尿液密闭水解3至7天，短期内能提高氨氮浓度和pH，不需要额外加入pH调节剂。

其中，本实施例的污水管道硫化物和甲烷处理系统还包括阀门5，阀门5设于尿液收集池4与待处理污水管道6之间。在本实施例中采用阀门5的开闭状态来控制尿液是否进入到待处理污水管道6内，可通过阀门5控制尿液间歇进入到待处理污水管道6内。例如：打开阀门5，控制尿液持续向污水管道内排放24小时，使得尿液充分与生物膜接触，之后，关闭阀门5一周时间，此时排出的尿液收集在尿液收集池4中并进行水解，一周以后再次打开阀门5，控制尿液排至污水管道内对其进行处理。通过间隔投放策略，在保证了处理效果的前提下，实现了可持续性。

其中，本实施例的污水管道硫化物和甲烷处理系统还包括第一浓度监测装置和第二浓度监测装置，第一浓度监测装置设置于尿液收集池4的出口处，第二浓度监测装置设于待处理污水管道6内。本实施例中的第一浓度监测装置用于监测在尿液收集池4内水解后的尿液的氨氮浓度，当水解后的尿液的氨氮浓度为2000-6000mg N/L时，则符合要求，可以向待处理污水管道6投放。本实施例中的第二浓度监测装置用于监测在污水管道内被稀释后的尿液的氨氮浓度和游离氨浓度，稀释后的氨氮浓度需不小于500mg N/L，游离氨浓度需不小于150mg NH3-N/L。

其中，本实施例的污水管道硫化物和甲烷处理系统还包括投加装置，尿液收集池4的出口通过投加装置与待处理污水管道6连通，且投加装置朝向待处理污水管道6的待处理位置。本实施例中的投加装置可采用喷头或喷枪等装置，将其朝向管道易腐蚀的管段投加水解后的尿液，以缓解管道腐蚀。

其中，还包括粪尿分离器3，尿液收集池4埋设于地表下方，且尿液收集池4的入口通过粪尿分离器3与卫生便器的下水管道2连通。本实施例中的粪尿分离器3可选用中国专利《一种粪尿分离装置》(公开号：CN101824850A)，也可选用其他较为先进的粪尿分离器3，以使粪便和尿液分离开，仅将尿液排至尿液收集池4中收集并水解。

如图2所示，本发明实施例还公开了一种利用如上述实施例污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法，包括：

S1、收集原位尿液；

S2、将步骤S1收集到的原位尿液水解以提高原位尿液中游离氨的浓度；

S3、将步骤S2中水解后的尿液投加至污水管道中，通过接触以抑制污水管道的生物膜或沉积物活性。

其中，在步骤S2中：

通过对原位尿液密闭水解3至7天，以提高原位尿液中游离氨的浓度。

其中，在步骤S3中：

通过阀门5控制水解后的尿液投加至污水管道，与生物膜或沉积物接触24小时，并设定投加间隔周期为一周

其中，在步骤S2中：

水解后的尿液氨氮浓度的取值范围为2000-6000mg N/L；

在步骤S3中：

将水解后的尿液投加至污水管道中，被污水稀释后的氨氮浓度不小于500mg N/L，游离氨浓度不小于150mg NH₃-N/L。

针对不同稀释倍数的尿液用于生物膜或沉积物灭活的效果进行实验考察。如图3所示，初始生物膜，活细胞占总细胞的百分比为68±8％，随着FA浓度增加到154mg NH3-N/L，活菌比例降低到35±3％。结果清晰表明：FA对厌氧污水生物膜上的微生物有较强的杀灭作用。因此，本实施例优选的污水管道生物膜或沉积物的游离氨接触浓度应大于150mgNH3-N/L。同时，为了减少尿液的用量，该游离氨浓度不宜过高(例如：不大于200mgNH3-N/L)。

浓度为150mg NH3-N/L的游离氨被投加至管道生物膜反应器，用于考察其对反应器硫化物和甲烷产生活性的影响。如图4所示，投加后，与对照反应器相比，硫化物和甲烷的相对产率立即下降到20％以下。结果表明：厌氧污水生物膜的SRB和MA活性得到了有效的灭活。之后,硫化物和甲烷的活性逐渐恢复，恢复至对照反应器的50％水平分别需要6天和28天，这个结果意味着可以通过间歇投加游离氨实现降低管道硫化物和甲烷的浓度。因此，本实施例的尿液间歇投加间隔为1周左右。

本发明实施例提出一种基于尿液再利用的污水管道硫化物和甲烷的处理方法，用于控制污水管道硫化物和甲烷的产生。本实施例首次公开了游离氨对污水管道厌氧生物膜或沉积物的强灭活作用，并提出游离氨直接来自尿液的收集储存，真正实现低成本的可持续投加方式。不仅如此，该方法不向环境中引入额外的氮负荷，保护环境。经过实验考察，确定尿液中游离氨与化学药剂对于生物膜或沉积物的灭活效果相当，为污水管网硫化物和甲烷控制提供了新的思路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，包括非尿液的污泥水解上清液等相似高氨氮废液用于污水管道防臭处理，均属于本发明专利保护范围，相关工作所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种污水管道硫化物和甲烷处理系统，其特征在于，包括：尿液收集池，所述尿液收集池的出口与待处理污水管道连通，或通过运送装置将尿液运输至待处理污水管段，所述尿液收集池用于收集并水解原位尿液以提高原位尿液中游离氨的浓度，抑制所述污水管道的生物膜或沉积物活性。

2.根据权利要求1所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统，其特征在于，所述尿液收集池为密闭式。

3.根据权利要求1所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统，其特征在于，还包括第一浓度监测装置和第二浓度监测装置，所述第一浓度监测装置设置于所述尿液收集池的出口处，所述第二浓度监测装置设于所述待处理污水管道内。

4.根据权利要求1所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统，其特征在于，还包括投加装置，所述尿液收集池的出口通过所述投加装置与所述待处理污水管道连通，且所述投加装置朝向所述待处理污水管道的待处理位置。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统，其特征在于，还包括粪尿分离器，所述尿液收集池的入口通过所述粪尿分离器与卫生便器的下水管道连通。

6.一种利用如权利要求1-5中任意一项所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法，其特征在于，包括：

S1、收集原位尿液；

S2、将步骤S1收集到的原位尿液水解以提高原位尿液中游离氨的浓度；

S3、将步骤S2中水解后的尿液投加至污水管道中，通过接触以抑制污水管道的生物膜或沉积物活性。

7.根据权利要求6所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法，其特征在于，在步骤S2中：

通过对原位尿液密闭水解3至7天，以提高原位尿液中游离氨的浓度。

8.根据权利要求6所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法，其特征在于，在步骤S3中：

通过水解后的尿液投加至污水管道，与生物膜或沉积物接触24小时，并设定投加间隔周期为一周。

9.根据权利要求6所述的污水管道硫化物和甲烷处理系统的处理方法，其特征在于，

在步骤S2中：

水解后的尿液氨氮浓度的取值范围为2000-6000mg N/L；

在步骤S3中：

将水解后的尿液投加至污水管道中，被污水稀释后的氨氮浓度不小于500mg N/L，游离氨浓度不小于150mg NH₃-N/L。

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