申请日2013.04.09
公开(公告)日2013.07.24
IPC分类号C02F9/14; B01D53/56; B01D53/86
摘要
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。
权利要求书
1.一种控制污水处理过程N2O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;
(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300-500℃后 进入催化反应区进行催化反应，混合气体中的N2O通过N2O催化分解反应器的催化分解作用分 解为N2和O2，其余气体与分解产生的N2和O2通过N2O催化分解反应器的出气口排放。
2.如权利要求1所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合工艺，其特征在于， 步骤(1)中所述含有微生物的活性污泥在混合液中的含量为2000-4000mg/L。
3.如权利要求1所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合工艺，其特征在于， 步骤(1)中所述循环回流的污泥回流比为180-220%。
4.如权利要求1所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合工艺，其特征在于， 步骤(4)中所述催化反应区采用的催化剂可以是NiO、Fe2O3、Al2O3、CuO、MoO3中的一种或多 种，或一种或多种载铁的沸石催化剂。
5.如权利要求1所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合工艺，其特征在于， 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，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;
(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500℃后进入 催化反应区进行催化反应，以Al2O3为催化剂，混合气体中的N2O通过N2O催化分解反应器的 催化分解作用分解为N2和O2，其余气体与分解产生的N2和O2通过N2O催化分解反应器的出气 口排放。
6.一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N2O催化分解反应器组成。
7.如权利要求6所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合设备，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。
8.如权利要求6所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合设备，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; 容器的底部设置回流污泥口，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。
9.如权利要求6所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合设备，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。
10.如权利要求6所述的一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合设备，其特征在于， 所述N2O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。
说明书
一种控制污水处理过程N2O排放的生物-物化组合工艺
技术领域
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
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。N2O是一种强热温室气体，其100年全球增温潜能为CO2的296倍，并且 释放量正在以每年3%的速度增长。目前，N2O对全球大气温室效应的贡献已经达到了5-6%。 一些研究表明，N2O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N2O的排放已经成为污水处理行业需要面对的新难题。
目前在控制N2O释放的研究中，N2O的直接催化分解是公认的消除N2O污染的最有前景的 方法之一。采用NiO、Fe2O3、Al2O3、CuO、MoO3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N2O催化发生如下反应：2N2O→2N2+O2，催化剂催 化分解N2O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
本发明所解决的技术问题是克服现有污水处理过程中将N2O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N2O催化分 解化学技术相结合，制定一种控制污水处理过程N2O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N2O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。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种控制污水处理过程N2O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300-500℃后 进入催化反应区进行催化反应，混合气体中的N2O通过N2O催化分解反应器的催化分解作用分 解为N2和O2，其余气体与分解产生的N2和O2通过N2O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可以是金属氧化物催化剂，如NiO、Fe2O3、Al2O3、CuO、MoO3等其中的一种或多种，或一种或多种载铁的沸石催化剂。
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。
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N2O催化分解反应器组成。
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。
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。
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。
所述N2O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的罩出气口通过管线连接。
有益效果：
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N2O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N2O进行了收集处理，降低 了N2O直接释放到环境中的可能性，经本发明工艺处理后N2O排放量减少了99%以上，污水处 理过程中产生的温室气体N2O经过化学催化处理后转化为N2和O2，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。