申请日2019.12.02
公开(公告)日2020.03.24
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种低排放一氧化二氮(N2O)的水处理系统，属于污水处理领域，旨在提供一种低排放N2O的水处理系统及方法，创造性地将特殊构造的绿色纤维载体与水处理技术结合，实现高效脱氮，并能有效抑制水处理过程N2O的产生，减少温室效应。其技术方案如下：包括主体反应池和沉淀池;主体反应池为封口式容器，池底为锥形或弧形设计;主体反应池内部填充微生物载体，底部内设曝气装置，外设进水口、进气口及排空口，上部外设出水口，顶部外设排气口;沉淀池上部外设排水口，底部外设排泥口。
权利要求书
1.一种低排放N2O的水处理系统，其特征在于，包括主体反应池(1)和沉淀池(2);所述主体反应池(1)为封口式容器，池底为锥形或弧形设计;所述主体反应池(1)内部填充微生物载体(3)，底部内设曝气装置(4)，外设进水口(11)、进气口(12)及排空口(13)，上部外设出水口(14)，顶部外设排气口(15);所述沉淀池(2)上部外设排水口(21)，底部外设排泥口(22)。
2.根据权利要求1所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述微生物载体(3)包括中心圆筒(31)和玄武岩纤维束(32);所述玄武岩纤维束(32)绕中心圆筒圆(31)周方向分布数量为4~10束，绕中心圆筒高度(31)方向等距离分布间距为5~10 cm。
3.根据权利要求2所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述玄武岩纤维束(32)由多根纤维丝一端分散固定组成，所述纤维丝直径9~25 μm，长度为8~25 cm。
4.根据权利要求3所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述纤维丝直径13~22μm，长度为10~20 cm。
5. 根据权利要求2所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述中心圆筒(31)为圆孔或方孔网状结构，直径5~20 cm。
6. 根据权利要求2所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述玄武岩纤维束(32)绕中心圆筒(31)高度方向等距离分布间距为5~10 cm。
7.根据权利要求2所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述中心圆筒(32)铺设在所述曝气装置(4)的正上方。
8.根据权利要求1所述的低排放N2O的水处理系统，其特征在于，所述出水口管道(14)采用U形液封设计，与所述沉淀池(2)连接。
9.一种低排放N2O的水处理方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.向主体反应池(1)底部投入驯化好的活性污泥，同时注入待处理污水至载体支架完全浸渍，污泥浓度3~5 g/L，开启曝气闷曝24~48 h，停止曝气30 min，抽调上层清液，注入等量待处理污水，继续曝气;以6~10 h为周期，驯化培养5~10天;
S2.将污水连续从进水口泵入主体反应池中，连续曝气，污水在曝气作用力下主要沿中心圆筒(3)高度方向上升，少部分经所述中心圆筒(3)网格向四周扩散，上升水流到达中心圆筒顶(3)端分散后沿玄武岩纤维纵向排列方向下降，与玄武岩纤维充分接触，中心圆筒(3)内部及游离区域为好氧环境，发生硝化作用积累NOX-N;玄武岩纤维载体内部区域形成缺氧或厌氧环境，发生反硝化作用同步脱除NOX-N，减少N2O的产生;出水口(14)溢流水进入沉淀池进行固液分离，上清液排出，剩余污泥外排处置。
10.根据权利要求9所述的低排放N2O的水处理方法，其特征在于，控制所述主体反应池(1)常温运行，控制所述主体反应池(1)pH范围6~7.5，溶解氧浓度约为0.5~1.0 mg/L，水力停留时间为24~40 h。
说明书
一种低排放N2O的水处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种低排放N2O的水处理系统及方法。
背景技术
一氧化二氮(N2O)是一种痕量温室气体，与全球变暖和对流层臭氧的损耗密切相关。大气中重要的温室气体主要包括二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、甲烷(CH4)、氢氟氯碳化物类(CFCs，HFCs，HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等，其中，N2O浓度远低于CO2，但其单分子增温潜势是CO2的296倍，约占总温室效应的5%。目前，全球N2O每年保持增加态势，根据美国、日本及德国等许多发达国家估计和预测，N2O对全球气候的增温效应在未来将越来越显著，N2O浓度的增加，已引起科学家的极大关注。
据估计，大气中90%以上的N2O来自于微生物的硝化和反硝化作用，其主要为硝化反应的副产物(主要发生在氨及羟胺的氧化过程)和反硝化过程的中间产物(反硝化细菌不具有Nos还原酶或其活性低)。其重要来源之一是农田生态系统，由农田中过量施入氮肥造成。另一个重要来源途径是污水生物脱氮过程引起的N2O排放。硝化过程有机负荷过高、SRT低、酸性条件等，以及反硝化过程氧化还原电位过高、硝酸盐及亚硝酸盐的大量积累等都是导致N2O产生的原因。
由此可以看出，从经济和环境的共生发展出发，寻求更多减少污/废水处理过程造成二次污染的有效途径是当前环保的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的是为了减少常规污/废水处理技术存在的二次污染，提出一种低排放N2O的水处理系统及方法，创造性地将特殊构造的绿色纤维载体与水处理技术结合，实现高效脱氮，并能有效抑制水处理过程N2O的产生，减少温室效应。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种低排放N2O的水处理系统，包括主体反应池和沉淀池;主体反应池为封口式容器，池底为锥形或弧形设计;主体反应池内部填充微生物载体，底部内设曝气装置，外设进水口、进气口及排空口，上部外设出水口，顶部外设排气口;沉淀池上部外设排水口，底部外设排泥口。
进一步的，微生物载体包括中心圆筒和玄武岩纤维束;玄武岩纤维束绕中心圆筒圆周方向分布数量为4～10束，绕中心圆筒高度方向等距离分布间距为5～10cm。
进一步的，玄武岩纤维束由多根纤维丝一端分散固定组成，纤维丝直径9～25μm，长度为8～25cm。
进一步的，纤维丝直径为13～22μm，长度为10～20cm。
进一步的，中心圆筒为圆孔或方孔网状结构，直径5～20cm。
进一步的，玄武岩纤维束绕中心圆筒高度方向等距离分布间距为5～10cm。
进一步的，玄武岩纤维束绕中心圆筒高度方向等距离分布间距为6～8cm。
进一步的，中心圆筒铺设在曝气装置的正上方。
进一步的，出水口管道采用U形液封设计，与沉淀池连接。
进一步的，一种低排放N2O的水处理方法，包括如下操作步骤：
S1.向主体反应池底部投入驯化好的活性污泥，同时注入待处理污水至载体支架完全浸渍，污泥浓度3～5g/L，开启曝气闷曝24～48h，停止曝气30min，抽调上层清液，注入等量待处理污水，继续曝气;以6～10h为周期，驯化培养5～10天;
S2.将污水连续从进水口泵入主体反应池中，连续曝气，污水在曝气作用力下主要沿中心圆筒高度方向上升，少部分经所述中心圆筒网格向四周扩散，上升水流到达中心圆筒顶端分散后沿玄武岩纤维纵向排列方向下降，与玄武岩纤维充分接触，中心圆筒内部及游离区域为好氧环境，发生硝化作用积累NOX-N;玄武岩纤维载体内部区域形成缺氧或厌氧环境，发生反硝化作用同步脱除NOX-N，减少N2O的产生;出水口溢流水进入沉淀池进行固液分离，上清液排出，剩余污泥外排处置。
进一步的，控制主体反应池常温运行，控制主体反应池pH范围6～7.5，控制溶解氧浓度范围0.5～1.5mg/L，水力停留时间为24～40h。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.水中的微生物在玄武岩纤维载体笼状结构中富集生长，保持高浓度生物量，沉淀池剩余污泥少，且无需回流沉淀池的剩余污泥调整反应池内的污泥浓度，节省动力能耗，运行管理简单;
2.玄武岩纤维载体与中心圆筒创新性的一体设计式结构既可有效避免曝气冲击力直接作用于纤维丝，引起微生物非世代更新脱落，又简化了普通悬挂填料需单独编织和焊制填料支架的复杂工序。
3.反应池内控制较低溶解氧浓度，可有效抑制硝酸盐的积累，同时进行硝化反应和反硝化反应，实现高效率脱氮，有效抑制中间产物N2O的产出。（发明人吴智仁;陈园园;周向同;蒋素英;李俊波）