CN115253547A - 一种污（废）水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺 - Google Patents

一种污（废）水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺 Download PDF

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Abstract

一种污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，涉及二氧化碳回收利用固碳领域，该工艺在污(废)水处理厂内实施，通过微负压收集污水处理与污泥处理产生的臭气和二氧化碳进入到一体化污(废)水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合装备中，通过控制微纳米级的气‑液的接触反应吸收，使二氧化碳快速吸收，实现臭气处理达标排放与二氧化碳回收的目标；在二氧化碳吸收后，使其作为污(废)水处理工艺厌氧消化的碳源，经过厌氧微生物同化作用后，形成厌氧菌群的一部分，多余形成剩余污泥排出；剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，制备成生物炭，可以使污泥中30‑70％碳固定，实现碳减排和固碳目标。

Description

一种污（废）水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理 耦合工艺
技术领域
本发明属于市政污水与污泥和工业废水与污泥处理过程中产生的废气处理与二氧化碳回收资源化利用及固碳领域，具体涉及一种污(废)水与污泥处理过程中产生的废气处理与二氧化碳回收资源化利用及固碳工艺。
背景技术
市政污水与污泥和工业废水与污泥等在处理和资源化利用过程中会产生大量恶臭废气和二氧化碳等温室气体，这些废气如果不有效处理会污染厂区周边环境和人体健康。同时废气中含有的大量二氧化碳，如不进行回收、资源化利用和固碳处理，会大幅度增加二氧化碳的排放量，造成很大的负面作用。目前，国内外常用的除臭方法大体上可分为物理法、化学法和生物法等几类。物理法采用水洗、吸附等技术，对废气有选择性，运行费用高、应用范围小；化学法采用氧化、燃烧等技术，除臭效率高，占地面积小；但易造成一定二次污染，运行费用高；生物法则是利用微生物处理废气，运行费用低，二次污染小，被较广泛应用。然而单一的生物法目前仍存在处理难溶性有机物和小分子无机物的效率较低、运行负荷低、建造成本高和运营维护困难等问题。污水处理厂的二氧化碳的回收资源化利用及固碳研究目前很少，存在很大的空白，急需研发新技术与工艺解决问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决城市污水与污泥和工业污水与污泥处理过程中出现的恶臭气体和二氧化碳回收与资源化利用及固碳问题，提供一种污(废)水处理工艺中二氧化碳回收资源化固碳与废气处理耦合工艺。具体地，实施污(废)水处理过程中二氧化碳回收资源化利用与逆向固碳的负碳技术，实现一体化和模块化的物化/生化耦合处理系统实现恶臭气体的去除与二氧化碳减排与固碳。通过上述工艺可以实现污(废)水处理工艺中二氧化碳的回收与近零排放，实现二氧化碳逆向固碳变成生物炭的负碳目标，同时耦合污 (废)水和污泥处理过程中恶臭气体的一体化物化/生化处理技术和装置系统，减少占地面积，降低安装费用和安装周期，提高系统运行稳定性。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，所述工艺具体为：
1.在该工艺中，包括物化预处理单元、二氧化碳吸收单元、臭气生物处理单元、臭气应急处置单元、在线自动控制单元系统，实现臭气处理达标排放与二氧化碳回收的目标；所述物化预处理单元、二氧化碳吸收单元、臭气生物处理单元依次连接；
2.在二氧化碳吸收后，使其作为污(废)水处理工艺厌氧消化的碳源资源化利用，经过厌氧微生物同化后，形成剩余污泥；
3.剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，制备成生物炭，实现固碳目标。
上述工艺具体为：
步骤一：(1)本工艺在污(废)水处理厂内实施，物化预处理单元为内部采用负压的喷淋系统，主要去除一些微生物难降解污染物和酸碱污染物及颗粒物；(2)在二氧化碳吸收单元主要通过调节二氧化碳吸收溶液的pH值，使之在8-14之间，通过二氧化碳吸收溶液与经预处理的废气在微纳米层级的高效接触反应和吸收，实现二氧化碳气体快速溶于吸收溶液；(3)在废气生化处理段，采用生物膜废气处理原理，通过对大孔隙率的填料表面进行微生物的培养和驯化，使之适应所处理废气的特性，从而高效处理废气中可生物降解的污染物；(4)在应急处置单元包含活性炭吸附安保区，保证系统出现故障时，废气可以得到安全处理；(5)自动控制系统包括pH在线控制系统、生物反应压力流量控制系统，安装在各单元进气口和出气口。
步骤二：在二氧化碳吸收单元吸收后，可以使二氧化碳吸收溶液浓度控制在1-20％(二氧化碳当量浓度计)，二氧化碳吸收液经过稀释100-1000倍，可作为污(废)水处理工艺厌氧消化的碳源，经过厌氧微生物同化后，形成厌氧微生物，排放污泥作为剩余污泥处理。
步骤三：剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，制备成生物炭，实现固碳目标。在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，进入上述步骤一进行循环处理。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
(1)本发明采用通过控制二氧化碳吸收液和废气在微纳米层级进行高效接触反应和吸收的条件，使二氧化碳快速被吸收，吸收液中二氧化碳当量浓度在1-20％，反应过程密闭无污染，实现了绿色低碳目标。
(2)本发明将二氧化碳吸收液经过100-1000倍稀释，可以作为污(废)水处理工艺厌氧消化的碳源，特别是作为包括但不限于厌氧氨氧化菌的碳源，经过厌氧微生物同化后，形成厌氧微生物，排放的污泥作为剩余污泥处理。可节约大量碳源投加，减少碳排放。
(3)本发明中利用二氧化碳吸收液作为碳源处理污水产生的剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，制备成生物炭，实现约30-70％的碳固定目标。在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，剩余含有二氧化碳等物质的废气进入上述步骤一循环处理和进行二氧化碳回收资源化利用与固碳，实现了污(废)水处理工艺的碳循环与资源化利用及碳固定和负碳技术，大幅度降低污水处理厂外加碳源的使用量，实现了污水与污泥处理的碳减排的目标。
综上所述，本发明研发的一种污(废)水处理工艺中二氧化碳回收资源化利用和固碳及废气处理耦合的工艺，将污(废)水与污泥处理过程中产生的二氧化碳与臭气进行耦合处理，回收二氧化碳，循环利用到污水处理厌氧消化工艺中作为碳源，产生的剩余污泥采用脱水、干化、热解碳化技术，制备成生物炭，实现污泥中的碳固定，负碳技术和污水处理和污泥处理工艺中二氧化碳向空气中的近零排放。
附图说明
图1为本发明的污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式披露了一种污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，所述方法包括以下步骤：
步骤一：1.本工艺在市政污水处理厂内实施，在污水处理厂内，通过微负压分别收集污水处理与污泥处理产生的臭气和二氧化碳进入到“一体化污(废)水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合装备”中；2.在“物化预处理单元”采用负压的喷淋系统，主要去除一些微生物难降解污染物和酸碱污染物及颗粒物；3.在“二氧化碳吸收单元”主要通过调节二氧化碳吸收溶液的pH值在13左右，通过二氧化碳吸收溶液与经预处理的废气在微纳米层级的高效“气-液”接触反应和吸收，实现二氧化碳气体快速溶于吸收溶液；4. 在废气生化处理段，采用生物膜废气处理原理，通过对大孔隙率的填料表面的微生物的培养和驯化，使之适应所处理废气的特性，从而高效处理可生物降解的废气中的污染物；5. 在应急处置单元包含活性炭吸附安保区，保证系统出现故障时，废气可以得到安全处理； 6.自动控制系统包括pH在线控制系统、生物反应压力流量控制系统，安装在各单元进气口和出气口。
步骤二：在二氧化碳吸收单元吸收后，可以使二氧化碳吸收溶液浓度控制在5％(二氧化碳当量浓度计)，二氧化碳吸收液经过500倍稀释，作为污水处理工艺厌氧消化的碳源，经过厌氧微生物同化后，形成厌氧微生物，多余排放的污泥作为剩余污泥处理。
步骤三：二氧化碳吸收液作为碳源产生的剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，在无氧条件下制备成生物炭，实现约50％左右的碳固定目标。在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，剩余含有二氧化碳等物质的废气进入上述步骤一循环处理和进行二氧化碳回收利用与固碳，实现了污水处理工艺的碳循环与资源化利用及碳固定和负碳技术，大幅度降低碳源的使用量，实现了污水与污泥处理的碳减排的目标。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式披露了一种工业废水处理工艺中二氧化碳回收资源化利用、碳固定与废气处理耦合工艺，所述方法包括以下步骤：
步骤一：1.本工艺在工业废水处理厂内实施，在废水处理厂内，通过微负压收集污水处理与污泥处理产生的臭气和二氧化碳进入到“一体化废水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合装备”中；2.在“物化预处理单元”采用负压的喷淋系统，主要去除一些微生物难降解污染物和酸碱污染物及颗粒物；3.在“二氧化碳吸收单元”主要通过调节二氧化碳吸收溶液的pH值在14左右，通过二氧化碳吸收溶液与经预处理的废气在微纳米层级的高效“气-液”接触反应和吸收，实现二氧化碳气体快速溶于吸收溶液；4.在废气生化处理段，采用生物膜废气处理原理，通过对大孔隙率的填料表面的微生物的进行培养和驯化，使之适应所处理废气的特性，从而高效处理可生物降解的废气中的污染物；5.在应急处置单元包含活性炭吸附安保区，保证系统出现故障时，废气可以得到安全处理；6. 自动控制系统包括pH在线控制系统、生物反应压力流量控制系统，安装在各单元进气口和出气口。臭气排放符合国家相关排放标准。
步骤二：在二氧化碳吸收单元吸收后，可以使二氧化碳吸收溶液浓度控制在10％(二氧化碳当量浓度计)，二氧化碳吸收液经过1000倍稀释，作为废水处理工艺厌氧消化的碳源，经过厌氧微生物同化后，形成厌氧微生物，多余微生物作为剩余污泥处理。
步骤三：二氧化碳吸收液作为碳源产生的剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，在无氧条件下制备成生物炭，实现约40％-50％左右的碳固定目标。在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，剩余含有二氧化碳等物质的废气进入上述步骤一循环处理和进行二氧化碳回收利用与固碳，实现了工业废水处理工艺的碳循环与资源化利用及碳固定和负碳技术，大幅度降低碳源的使用量，实现了污水与污泥处理的碳减排的目标。
实施例1：
在城市污水处理厂内实施的“污水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合”工艺中，在污水处理厂内，通过微负压分别收集污水处理与污泥处理产生的臭气和二氧化碳进入到“一体化污水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合装备”中；在“物化预处理单元”采用负压的喷淋系统，主要去除微生物难降解污染物和酸碱污染物及颗粒物；在“二氧化碳吸收单元”主要通过调节二氧化碳吸收溶液的pH值在13左右，通过二氧化碳吸收溶液与经预处理的废气在微纳米层级的高效“气-液”接触反应吸收，实现二氧化碳气体60s内快速溶于吸收溶液；在废气生化处理段，采用生物膜废气处理原理，通过对大孔隙率的填料的微生物的培养和驯化，使之适应所处理废气的特性，微生物吸附处理时间小于120s，从而高效处理可生物降解的废气中的污染物；在应急处置单元包含活性炭吸附安保区，保证系统出现故障时，废气可以得到安全处理；自动控制系统包括pH在线控制系统、生物反应压力流量控制系统，安装在各单元进气口和出气口。
在二氧化碳吸收单元吸收后，二氧化碳吸收溶液浓度控制在5％(二氧化碳当量浓度计)，二氧化碳吸收液经过500倍稀释，作为污(废)水处理工艺厌氧消化的碳源，投加到厌氧消化工艺前端，经过厌氧微生物同化后，形成厌氧微生物，排出污泥作为剩余污泥。
二氧化碳吸收液作为碳源产生的剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，在无氧条件下制备成生物炭，实现约50％左右的碳固定目标。在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，剩余含有二氧化碳等物质的废气进入上述步废气处理和进行二氧化碳回收利用与固碳，实现了污水处理工艺的碳循环与资源化利用及碳固定碳减排，大幅度降低碳源的使用量，实现了污水与污泥处理的碳减排的目标。
实施例2：
在高氨氮工业废水处理处理厂内实施的“污废水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合”工艺中，在工业废水处理厂内，通过微负压分别收集废水处理与污泥处理产生的臭气和二氧化碳进入到“一体化废水处理工艺中二氧化碳回收固碳与废气处理耦合装备”中；在“物化预处理单元”采用负压的喷淋系统，主要去除微生物难降解污染物和酸碱和油脂污染物及颗粒物；在“二氧化碳吸收单元”主要通过调节二氧化碳吸收溶液的pH值在14左右，通过二氧化碳吸收溶液与经预处理的废气在微纳米层级的高效“气-液”接触反应吸收，实现二氧化碳气体60s内快速溶于吸收溶液；在废气生化处理段，采用生物膜废气处理原理，通过对大孔隙率的填料的微生物的培养和驯化，使之适应所处理废气的特性，微生物吸附过程时间小于120s，从而高效处理可生物降解的废气中的污染物；在应急处置单元包含活性炭吸附安保区，保证系统出现故障时，废气可以得到安全处理；自动控制系统包括pH在线控制系统、生物反应压力流量控制系统，安装在各单元进气口和出气口。
在二氧化碳吸收单元吸收后，二氧化碳吸收溶液浓度控制在10％(二氧化碳当量浓度计)，二氧化碳吸收液经过200倍稀释，作为工业废水处理工艺中的厌氧氨氧化菌的碳源，投加到厌氧消化工艺前端，在工业废水中氨氮浓度大于1000mg/L左右条件下，经过厌氧氨氧化微生物处理后，氨氮降低到50-100mg/L左右，二氧化碳经过厌氧氨氧化菌的同化作用后，形成厌氧微生物菌群，多余部分排出作为剩余污泥。
二氧化碳吸收液作为碳源产生的剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，无氧条件下制备成生物炭，实现约50％左右的碳固定目标。在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，剩余含有二氧化碳等物质的废气进入上述废气处理和进行二氧化碳回收利用单元重复回收利用，实现了工业废水处理工艺的碳循环与资源化利用及碳固定与碳减排，大幅度降低废水处理外加碳源的使用量，实现了工业废水与污泥处理的碳减排目标。

Claims (6)

1.一种污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，其特征在于：所述工艺具体步骤为：
步骤一：污(废)水二氧化碳吸收耦合臭气处理部分包括物化预处理单元、二氧化碳吸收单元、臭气生物处理单元、臭气应急处置单元、在线自动控制单元系统，实现臭气处理达标排放与二氧化碳回收的目标；
步骤二：在二氧化碳吸收后，使其作为污(废)水处理工艺厌氧消化的碳源，经过厌氧微生物同化后，形成剩余污泥；
步骤三：剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，制备成生物炭，实现碳固定和碳减排目标。
2.根据权利要求1所述的污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，其特征在于：所述工艺具体为：
步骤一：(1)本工艺在污水或废水处理厂内实施，在污水或废水处理厂内，通过小于空气大气压力微负压收集污水处理与污泥处理产生的臭气和二氧化碳进入到污水或废水二氧化碳吸收耦合臭气处理部分中；(2)在物化预处理单元采用负压的喷淋系统，主要通过臭气的淋洗去除一些微生物难降解污染物和酸碱污染物及颗粒物；(3)在二氧化碳吸收单元主要通过调节喷淋碱性溶液的pH值大于8，通过雾化碱性喷淋液体，使其达到微纳米尺度，与经预处理的废气在微纳米层级的高效“气-液”接触反应和吸收，实现二氧化碳气体快速溶于吸收溶液；(4)在臭气生物处理单元生化处理段，采用生物膜臭气处理原理，通过对填料表面的微生物的培养和驯化，使之适应所处理废气的特性，从而高效处理废气中可生物降解的污染物；(5)在工艺后段的臭气应急处置单元包含活性炭吸附安保区，保证系统出现故障时，废气可以得到安全处理；(6)自动控制系统包括pH在线控制系统、生物反应压力流量控制系统，安装在各单元进气口和出气口，臭气排放符合国家相关排放标准；
步骤二：在二氧化碳吸收单元吸收后，二氧化碳当量浓度计，使二氧化碳吸收溶液浓度控制在1-20％，二氧化碳吸收溶液经过物理化学工艺处理后，形成可以作为污水或废水处理工艺厌氧消化单元的碳源；这些碳源经过100-1000倍稀释，作为污水或废水处理工艺厌氧消化的碳源，经过厌氧微生物同化后，形成厌氧微生物，排出污泥作为剩余污泥处理；
步骤三：上述步骤产生剩余污泥通过调理、脱水、干化后进行热解碳化处理，在无氧条件下制备成生物炭，实现30-70％的碳固定目标。
3.根据权利要求1所述的污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，其特征在于：步骤一中所述工艺实施地点在市政污水或工业废水处理厂内。
4.根据权利要求2所述的污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，其特征在于：在二氧化碳吸收单元主要通过调节碱性二氧化碳吸收溶液的pH值大于8，即H+浓度小于10-8，通过二氧化碳吸收溶液与经预处理的废气在微纳米层级的高效“气-液”接触反应吸收，反应时间小于60s，实现约99％二氧化碳气体快速回收溶于吸收液。
5.根据权利要求2所述的污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，其特征在于：在二氧化碳吸收单元吸收后，以二氧化碳当量浓度计，二氧化碳吸收溶液浓度控制在1-20％，二氧化碳吸收液经过100-1000倍稀释，作为市政和工业废水处理工艺中的厌氧消化工艺单元中包括但不限于厌氧氨氧化菌的碳源，通过投加到厌氧消化工艺前端，在市政和工业废水中氨氮浓度在30-3000mg/L条件下，经过厌氧工艺单元包括但不限于厌氧氨氧化微生物处理后，氨氮降低到1-100mg/L左右，二氧化碳经过包括但不限于厌氧氨氧化菌同化作用后，形成厌氧微生物菌群，多余部分排出作为剩余污泥。
6.根据权利要求2所述的污(废)水处理工艺中二氧化碳回收利用固碳与废气处理耦合工艺，其特征在于：在热解碳化过程中产生的废气经过脱硫脱硝处理后，剩余含有二氧化碳等物质的废气进入步骤一至步骤三，进行循环处理和进行二氧化碳回收利用与固碳，实现了污(废)水处理工艺的碳循环与资源化利用及碳固定和负碳目标，实现了污水与污泥处理工艺的碳减排与碳固定的目标。
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