[發明專利]一種污水處理廠氮能源化的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011133527.3
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112321112B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 呂永濤;王磊;馮成杰;孫婷;苗瑞
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04;C02F3/00;C02F101/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種污水處理廠氮能源化的裝置及方法，包括厭氧消化器和一體化生物膜反應器；厭氧消化器分別連通剩余污泥進水管、污泥消化液管道和甲烷收集裝置，污泥消化液管道連通一體化生物膜反應器，一體化生物膜反應器分為A區和B區，二者分別設置有亞硝化生物膜所附著生長的氣液分離膜和反硝化生物膜所附著生長的改性氣液分離膜，并分別連通空氣泵和N₂O收集裝置；A區將污泥消化液中的氨氮轉化為亞硝酸鹽氮，B區將亞硝酸鹽轉化為N₂O并收集，實現N₂O的轉化率高于90％。將產生的N₂O與厭氧消化器產物甲烷耦合燃燒，可提高37％的燃燒熱值，從而實現了污水處理廠氮的能源化利用。

技術領域

本發明屬于環境與資源回收技術領域，主要涉及一種污水處理廠氮能源化的裝置及方法。

背景技術

剩余污泥是污水生物處理的副產物，大型城鎮污水處理廠對剩余污泥多采用厭氧消化的處理方法，并對消化產物甲烷進行收集，通過發電回用能源。這個過程同時產生了含高濃度氨氮的消化液，污水廠均將其回流至進水端，利用傳統的硝化-反硝化脫氮工藝處理，該處理過程重復消耗著能源。

近年來，研究發現生物脫氮過程中產生的N₂O是潛在的可再生能源，例如，當其替代氧與甲烷燃燒時，可提高37％的燃燒熱值。這意味著，如果將污泥消化液中的氨氮轉化為N₂O并收集利用，可大大提高甲烷的發電量，從而可實現污水處理廠氮的能源化回收。然而，傳統的脫氮工藝中N₂O釋放量很少，難以對其進行回收利用。

發明內容

污水處理過程氮的能源化利用日益引起人們的關注，針對城鎮污水處理廠處理污泥消化液重復消耗能源，以及傳統脫氮工藝中N₂O釋放量低和回收困難的問題，本發明的目的在于，提供一種實現消化液中高濃度氨氮高效轉化為N₂O并回收的裝置及方法，通過與消化產物甲烷耦合燃燒，從而實現污水處理廠氮的能源化利用。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術方案：

一種污水處理廠氮能源化的裝置，包括厭氧消化器和一體化生物膜反應器；所述厭氧消化器分別連通剩余污泥進水管、污泥消化液管道和甲烷收集裝置，所述污泥消化液管道連通一體化生物膜反應器，一體化生物膜反應器包括A區和B 區，A區和B區中分別設置有生物膜所附著生長的氣液分離膜和改性氣液分離膜， A區的氣液分離膜連通空氣泵，B區的改性氣液分離膜連通N₂O收集裝置；A區將污泥消化液中的氨氮轉化為亞硝酸鹽氮，B區將亞硝酸鹽轉化為N₂O并收集，產生的N₂O與厭氧消化器產物甲烷耦合燃燒。

對于上述技術方案，本發明進一步優選的方案在于：

優選的，所述改性氣液分離膜連通N₂O收集裝置，并連通至厭氧消化器的甲烷收集裝置。

優選的，所述A區與B區之間連通有回流管；所述A區設有調節堿度加藥口和出水口，B區設有A區回流液的進水口。

優選的，所述A區投加0.1mol/L的氫氧化鈉或鹽酸，控制進水堿度(以碳酸鹽計)與氨氮的摩爾比為0.5:1～1.5:1。

優選的，所述氣液分離膜的材質為聚四氟乙烯或聚丙烯，膜的平均孔徑為 0.3～0.45μm。

優選的，所述改性氣液分離膜的膜表面負載有納米氧化銅。

采用本發明上述裝置的污水處理廠氮能源化的方法，包括：