CN114105400A - 一种处理源分离黑水的一体化装置 - Google Patents

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Abstract

一种处理源分离黑水的一体化装置，包括：搅拌反应器系统、第一液体给料系统、气体给料系统、超重力吹脱系统、超重力吸收系统、和第一气液分离装置，搅拌反应器系统与第一液体给料系统通过管道连接，第一液体给料系统与气体给料系统分别与超重力吹脱系统通过管道连接，超重力吹脱系统与第一气液分离装置通过管道连接，第一气液分离装置与超重力吸收系统通过管道连接。将源分离黑水的消毒水解、超重力吹脱及吸收技术耦合，可以及时去除水解过程中产生的氨氮，有效缓解厌氧发酵过程中氨抑制现象的同时还可以高效地回收源分离黑水中的营养元素氮。

Description

一种处理源分离黑水的一体化装置
技术领域
本申请涉及污水处理技术领域，特别是指一种应用消毒水解耦合超重力技术处理源分离黑水的方法及其一体化装置。
背景技术
由粪便、尿液、厕纸及冲洗水组成的源分离黑水是一种富含有机物和营养物质的废水，非常适合通过厌氧发酵的方式对其进行资源化处理。源分离黑水中所包含的营养元素氮，在经过适当的回收与处理之后可以农作物肥料的角色重新进入生态循环系统，对于人类的生命活动的正常运行具有重大意义。但在源分离黑水厌氧发酵过程中，微生物会将蛋白质、核酸、尿酸等含氮化合物转化为氨氮，高浓度氨氮对厌氧微生物有强烈的抑制作用，称为氨抑制现象。总氨氮(TAN)包括铵离子和游离氨(FAN)两种主要形式，在厌氧发酵系统中会直接或间接引起抑制，尤其是游离氨达到浓度阈值之上时，对厌氧发酵体系的抑制作用更为强烈，最终会导致厌氧消化过程失败。
关于缓减氨抑制方法，目前已有很多的研究。比如稀释、氨吹脱、混合发酵、pH值和温度调控、添加吸附剂和微量元素、污泥驯化与生物强化等都对氨氮的去除有较好的作用。其中氨吹脱工艺是一种提高甲烷产量富有潜力的办法，国内外已建有很多集成氨吹脱技术的大型沼气工程。但传统的氨氮吹脱技术存在着周期长，效率底且能耗高等问题，如何高效、快速地去除与回收源分离黑水厌氧发酵中产生的氨氮成为了亟待解决的问题。
发明内容
本申请的一个目的在于提供一种应用消毒水解耦合超重力技术处理源分离黑水的一体化装置，以实现及时去除并回收源分离黑水水解产物中产生的氨氮。
本申请的另一个目的在于提高源分离黑水中营养元素氮的回收率。
为了及时去除并回收源分离黑水水解产物中产生的氨氮，采用如下的处理源分离黑水的一体化装置，包括：搅拌反应器系统、第一液体给料系统、气体给料系统、超重力吹脱系统、超重力吸收系统、和第一气液分离装置，搅拌反应系统与第一液体给料系统连接，第一液体给料系统与气体给料系统分别与超重力吹脱系统连接，超重力吹脱系统与第一气液分离装置连接，第一气液分离装置与超重力吸收系统连接。
将源分离黑水的消毒水解、超重力吹脱及吸收技术耦合，通过及时的去除水解过程中产生的氨氮，有效缓解厌氧发酵过程中氨抑制现象的同时还可以高效地回收源分离黑水中的营养元素氮。
为了提高源分离黑水中营养元素氮的回收率，处理源分离黑水的方法，包括：
在温度65℃～75℃的条件下，源分离黑水中接种耐高温水解菌进行发酵，得到含有氨氮的水解产物；
对含有氨氮的水解产物中的氨氮进行超重力吹脱，吹脱后分离出的气体用酸溶液吸收，吹脱后的液体进行厌氧发酵，得到发酵产物。
通过上述对源分离黑水的处理，提高了营养元素氮的回收率，在处理过程中几乎没有副产物产生。
附图说明
图1为本申请的应用消毒水解耦合超重力技术处理源分离黑水的方法的流程示意图；
图2为本申请的应用消毒水解耦合超重力技术处理源分离黑水的一体化装置的结构示意图。
其中：1-搅拌反应器系统；2-进料口；3-排气口；4-进料槽；5-液体流量计；6-超重力吹脱系统；7-药剂槽；8-液体流量计；9-超重力吸收系统；10，11-液体分布器；12-出料口；13-空气压缩机；14-气体流量计；15，16-气液分离装置；17-空气，18-酸溶液。
具体实施方式
为使本申请要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
将超重力技术应用在源分离黑水厌氧发酵中脱除氨氮以缓解氨抑制现象，再通过超重力场对脱除的氨氮进行吸收和回收。但由于源分离黑水含有较多致病菌和相对较高的含固率，并且氨氮产生于厌氧发酵的过程中，这些特征会直接影响超重力技术的效果。故针对源分离黑水特有的性质，本申请一种应用消毒水解耦合超重力技术处理源分离黑水的方法及其一体化装置，将厌氧发酵技术和超重力技术有机结合，用于缓解氨抑制现象促进厌氧发酵反应的进行，并同时高效的回收营养元素氮。
一方面，一种处理源分离黑水的一体化装置，包括：搅拌反应器系统、第一液体给料系统、气体给料系统、超重力吹脱系统、超重力吸收系统、和第一气液分离装置，搅拌反应器系统与第一液体给料系统通过管道连接，第一液体给料系统与气体给料系统分别与超重力吹脱系统通过管道连接，超重力吹脱系统与第一气液分离装置通过管道连接，第一气液分离装置与超重力吸收系统通过管道连接。
源分离黑水在进行超重力吹脱之前，经过一定温度下进行消毒、水解，将部分含氮化合物转化为氨氮。可采用现有技术所公开的水解工艺以及工艺参数。
在某些实施方式中，在反应系统内，在温度65℃～75℃的条件下，源分离黑水中接种水解菌进行水解。
在本申请中，超重力吹脱系统与超重力吸收系统串联联通。
消毒水解后的黑水经过第一液体给料系统的液体物料与气体给料系统的气体经同一方向进入超重力吹脱系统内。在超重力吹脱系统内，液体在超重力场的条件下被切割为细小的液膜、液滴和液丝，进而促使气液得到充分接触，不断的将液体中游离氨吹走，将低液体总的氨氮。
第一气液气液分离装置设置在超重力吹脱系统与超重力吸收系统之间。即，超重力吹脱系统排出的气体和液体同时进入第一气液气液分离装置内，将混合在液体中的气体与之分离，以保证超重力吹脱过程中与空气进行接触的黑水不进入第二液体给料系统中，不与酸溶液发生混合。
在某些实施方式中，处理源分离黑水的装置还包括第二液体给料系统，第二液体给料系统与第一气液分离装置的上层气体区分别与超重力吸收系统通过管道连接。
在本申请中的超重力吸收系统或超重力吹脱系统均可采用填料式超重力装置，包括装置主体、在装置主体内水平设置的转子以及至于装置主体内的填料。
液体物料进液方向与气体的进气方向与转子的轴向方向平行。
进一步，第一、第二液体给料系统包括液体分布器，液体分布器包括管道，在进液管道的管壁上开设多个孔。通过这些孔，液体喷射到超重力装置内。
液体分布器管道的管壁上均匀设有多个孔，用于让液体经这些孔均匀的喷射到超重力系统内。
在某些实施方式中，孔的形状为圆形孔，孔的直径在1.5mm-5mm之间，优选在1.5mm-3.0mm之间。
在液体给料系统中，液体分布器的管道直径9mm-11mm、长度约为135mm-145mm，在管壁上均匀设置22-25个具有上述直径的孔。
在本申请中，通过这种结构的喷射液体以及液体与气体的顺流方式，可以减缓在超重力装置内产生液泛现象，进而液体在填料内均匀分布，气液充分接触反应，去除氨氮。
特别对于具有上述规格的液体给料系统管道直径以及孔径，结合液体和气体的顺流方式，液体在超重力场的条件下，被切割为更细小、且相对均匀的液膜、液滴和液丝，能更有效的提高气体的吹脱氨氮的效果。
在某些实施方式中，搅拌反应器系统包括反应罐体以及设在反应罐体内的搅拌装置。进一步的，在反应罐体上设有进料口、出料口、排气口、电机、搅拌叶片、控温装置及过滤装置。
第一气液分离装置内设有填料层，填料层将气液分离装置分为上层气体区和下层储液区。经超重力吹脱之后的气液体进入气液分离装置内，液体位于下层储液区中。
在某些实施方式中，超重力吸收系统通过管道与第二气液分离装置连接。
在运行过程中，气体给料系统、超重力吹脱系统、超重力吸收系统以及第一、第二气液分离装置之间相同连通。气体可以在这些系统之间运动，保证整个系统气压平衡，有利于各系统之间物料的顺畅运送，以及超重力吹脱系统和超重力吸收系统内气液均匀的分布接触，从而更充分的反应。
在本申请中，源分离黑水首先进入搅拌反应器系统内进行消毒与水解反应，消毒水解后液体经过滤后经由进料槽和空气压缩机吸入的空气同时通入超重力吹脱系统进行吹脱。吹脱后气液同时进入第一气液分离装置，吹脱后液体留于下层储液区等待进一步的厌氧发酵处理；吹脱后气体由上层气体区和药剂槽中的酸溶液同时通入超重力吸收系统，经过吸收反应去除氨氮后的尾气可直接排入大气，而所得硫酸铵溶液留于下层储液区。
源分离黑水进入搅拌反应器系统后，首先为其接种耐70℃高温的混合水解菌，使得病原体微生物去除率满足卫生要求。水解产物经过滤后运送至超重力反应体系，液体中游离态的氨氮在超重力吹脱系统中以NH3气体的形式被脱除，吹脱后的液体用于进一步的厌氧发酵处理，吹脱后富含NH3的气体被酸溶液吸收，最终生成可直接排放的尾气和铵盐溶液。实现及时去除、并有效回收源分离黑水水解产物中产生的氨氮的目的。
本申请的上述技术方案的有益效果如下：
本申请的处理源分离黑水的方法，在70℃条件下进行消毒和水解反应，首先可以去除源分离黑水进行无害化处理，减少病原体微生物在后续处理中被扩散至环境的可能性；其次可以将源分离黑水中的有机氮降解为游离态氨氮，并有效降低源分离黑水中含固率，有利于后续超重力氨氮吹脱及吸收反应的进行。
在超重力吹脱和吸收串联运行的体系中对水解后产物进行连续处理，不仅可以高效地去除其中的氨氮，同时还可以将吹脱出来的氨氮回收成为铵盐。通过及时去除游离态氨氮的方式缓解了氨抑制的现象，同时实现了营养元素氮的高效回收，整个系统的反应强化机制与工艺耦合机制，对源分离黑水的资源化处理、生态卫生排水技术的推广、城市污水的资源化处理等方面都具有重要意义。
另一方面，一种处理源分离黑水的方法，包括：
在温度65℃～75℃的条件下，源分离黑水中接种水解菌进行发酵，得到无害化处理和含有游离氨氮的水解产物；
对含有游离氨氮的水解产物中的氨氮进行超重力吹脱，吹脱后分离出的气体用酸溶液超重力吸收，吹脱后的液体进行厌氧发酵，得到发酵产物。
在本申请的源分离黑水在70℃左右进行水解，高温无害化处理去除病菌至满足卫生要求，同时将源分离黑水中的有机物在降解过程中产生游离态氨氮。通过超重力串联体系对源分离黑水解产物进行氨氮吹脱及回收。将消毒、水解和超重力技术有机耦合，通过及时去除游离态氨氮的方式缓解氨抑制的现象，促进厌氧发酵进行的同时实现了营养元素氮的高效回收。
所述的水解菌可选用耐温菌种。
结合附图1和2对本申请的一种应用消毒水解耦合超重力技术处理源分离黑水的方法及其一体化装置进一步说明。
实施例1
如图1所示，源分离黑水的处理方法包括，源分离黑水加入水解菌在65～70℃水解以及消毒；反应后的物质进入超重力吹脱装置内吹脱液体内含有的游离氨氮；夹带氨氮的气体进入超重力吸收装置内，与酸溶液(比如盐酸、高锰酸、硝酸等等)反应生成铵盐，进而将吹出的氨氮再次利用。
实施例2
如图2所示，源分离黑水的系统包括搅拌反应器系统1、第一液体给料系统、气体给料系统、超重力吹脱系统6、超重力吸收系统9、第一气液分离装置15、第二气液分离装置16。还进一步包括仪表电路控制系统。搅拌反应器系统1通过管道与第一给料系统连接，第一给料系统和气体给料系统分别与超重力吹脱系统6连接，超重力吹脱系统6通过管道连接第一气液分离装置15，气体分离装置15和第二液体给料系统分别与超重力吸收系统9通过管道连接。超重力吸收系统9与第二气液分离装置16通过管道连接。
第一给料系统包括进料槽4、设在液体管道上的液体流量计5、液体分布器10、及阀门。搅拌反应器系统1出料口12通过管道与第一给料系统的进料槽4连接。气体给料系统包括空气压缩机13、气体流量计14、气体管道及阀门。第一给料系统的液体通道与气体给料系统的气体管道分别与超重力吸收系统9同向连接。液体分布器的液体管道的末端开小孔，通液体经其喷向超重力吹脱系统6内。
超重力吹脱系统6采用填料式超重力装置，包括装置主体、在装置主体内水平设置的转子以及置于装置主体内的填料。液体进液方向与气体的进气方向与转子的轴向方向平行。
进一步的，超重力吸收系统6包括装置主体、在装置主体内水平设置的转子以及置于装置主体内的填料。液体进液方向与气体的进气方向与转子的轴向方向平行。
实施例3
在实施例2的基础上，进一步详细增设其他部件之间的优选的连接关系。
搅拌反应器系统1包括进料口2、出料口12、排气口3、电机，搅拌叶片，控温装置及过滤装置，出料口12处设过滤装置和阀门。搅拌反应器系统1出料口12通过管道与第一给料系统的进料槽4连接。
超重力吹脱系统6和超重力吸收系统9均设置气体入口、液体入口、气液出口；液体入口处设置液体分布器10，并配置液泵。第一气液分离装置15，分为上层气体区15-1下层储液区15-2。第二气液分离装置16内设置填料层，分为上层气体区16-1和下层储液区16-2。进料槽4通过管道与超重力吹脱系统6的液体入口连接；空气压缩机13通过管道与超重力吹脱系统6的气体入口连接，连接空气压缩机13的管道上设有气体流量计，吹脱气体由空气压缩机13进入超重力吹脱体系。超重力吹脱系统6的气液出口与第一气液分离装置15相连，上层气体区15-1后连接超重力吸收系统9，吹脱尾气由此进入超重力吸收体系。
第二给料系统包括药剂槽7、设在液体管道上的液体流量计8、液体分布器11、及阀门。药剂槽7通过管道与超重力吸收系统9的液体入口连接，液体入口处设置液体分布器11，连接药剂槽7的管道上设有液体流量计和阀门，吸收溶液经过药剂槽7及液体分布器11后进入超重力吸收体系。超重力吸收系统9的气液出口与第二气液分离装置16相连。仪表电路控制系统控制整个装置的电路部分。
具体的操作流程如下：源分离黑水由进料口2进入搅拌反应器系统1内进行消毒与水解反应，为其接种耐70℃高温的混合水解菌后启动整个反应装置。在反应温度为70℃的条件下对源分离黑水进行消毒与水解反应，使得病原体微生物去除率满足卫生要求，有机氮化合物降解为游离态氨氮且，反应之后打开出料阀门，水解产物经过滤后运送至超重力反应体系。消毒水解过程结束后，依次启动超重力吹脱系统6、超重力吸收系统9、空气压缩机13后，同时打开搅拌反应器系统1的出料口阀门和药剂槽7的开关，水解后液体经过滤后由进料槽4和空气压缩机13吸入的空气同时通入超重力吹脱系统6进行吹脱，吹脱后气液同时进入第一气液分离装置15，吹脱后液体留于下层储液区15-2等待进一步的厌氧发酵处理；吹脱后气体由上层气体区15-1和药剂槽7中的稀硫酸溶液同时通入超重力吸收系统9，经过吸收反应去除氨氮后的尾气可直接排入大气，而所得硫酸铵溶液留于下层储液区16-2。
在第一气液分离装置15的下层区为去除氨氮的液体，便于后续的促进厌氧发酵，第二气液分离装置16的下层区为回收营养元素氨氮的铵盐物质。即促进厌氧发酵进行的同时实现了营养元素氮的高效回收。整个系统可连续稳定运行，实现对源分离黑水的无害化、资源处理和利用，整个过程中几乎没有废物产生。
以上所述是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种处理源分离黑水的一体化装置，包括：搅拌反应器系统、第一液体给料系统、气体给料系统、超重力吹脱系统、超重力吸收系统、和第一气液分离装置，搅拌反应器系统与第一液体给料系统通过管道连接，第一液体给料系统与气体给料系统分别与超重力吹脱系统通过管道连接，超重力吹脱系统与第一气液分离装置通过管道连接，第一气液分离装置与超重力吸收系统通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，超重力吹脱系统与超重力吸收系统串联联通。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，第一液体给料系统的液体物料与气体给料系统的气体经同一方向进入超重力吹脱系统内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，超重力吸收系统或超重力吹脱系统均采用填料式超重力装置，包括装置主体、在装置主体内水平设置的转子以及置于装置主体内的填料；
优选的，液体物料进液方向与气体的进气方向与转子的轴向方向平行。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，液体给料系统包括液体分布器，液体分布器包括管道，在管道的管壁开设多个孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，处理源分离黑水的装置还包括第二气液分离装置，超重力吸收系统通过管道与第二气液分离装置连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，气体给料系统、超重力吹脱系统、超重力吸收系统以及第一、第二气液分离装置之间相同连通。
8.根据权利要求1或6所述的装置，其特征在于，第一气液分离装置或第二气液分离装置内设有填料层，填料层将气液分离装置分为上层气体区和下层储液区。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，处理源分离黑水的装置还包括第二液体给料系统，第二液体给料系统与第一气液分离装置的上层气体区分别与超重力吸收系统通过管道连接。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，孔的形状为圆形孔，孔的直径在1.5mm-5mm之间，优选在1.5mm-3.0mm之间；
更优选，液体分布器的管道直径9mm-11mm、长度为135mm-145mm，在管壁上均匀设置22-25个具有上述直径的孔。
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