申请日2017.04.07
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种基于碳氮能源回收的污水处理设备与方法，该设备包括进水泵、厌氧反应器、气体收集系统、亚硝化反应器、回流泵以及曝气泵，待处理污水先在厌氧反应器的底部进行厌氧反应而产甲烷，产甲烷后的污水在厌氧反应器的上部进行反硝化反应，由从亚硝化反应器回流的亚硝酸盐作为电子受体，产甲烷后剩余的有机碳源作为电子供体，强化反硝化反应而产氧化亚氮;厌氧反应器产生的甲烷和氧化亚氮通过气体收集装置回收;厌氧反应器以氨氮为主的出水流入亚硝化反应器，在亚硝化反应器中将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，含有亚硝酸盐的水一部分回流到厌氧反应器中。本发明具有污水能源化和去除新兴污染物双重效果。
权利要求书
1.一种基于碳氮能源回收的污水处理设备，其特征在于,包括进水泵、厌氧反应器、气体收集系统、亚硝化反应器、回流泵以及曝气泵，所述进水泵连接所述厌氧反应器的进水口，所述厌氧反应器的出水口连接所述亚硝化反应器的进水口，所述厌氧反应器的出气口连接所述气体收集系统，所述亚硝化反应器的回流出水口通过所述回流泵连接所述厌氧反应器的回流进水口，所述曝气泵将氧气送到所述亚硝化反应器中;待处理污水先在所述厌氧反应器的底部进行厌氧反应而产甲烷，产甲烷后的污水在所述厌氧反应器的上部进行反硝化反应，由从所述亚硝化反应器回流的亚硝酸盐作为电子受体，产甲烷后剩余的有机碳源作为电子供体，强化反硝化反应而产氧化亚氮;所述厌氧反应器产生的甲烷和氧化亚氮通过所述气体收集装置回收;所述厌氧反应器以氨氮为主的出水流入所述亚硝化反应器，在所述亚硝化反应器中将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，含有亚硝酸盐的水一部分回流到所述厌氧反应器中,参与所述厌氧反应器中的反硝化反应。
2.如权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于,在所述厌氧反应器中设置有导电材料，作为具有导电性的生物膜载体。
3.如权利要求2所述的污水处理设备，其特征在于,所述导电材料包括活性炭材料。
4.如权利要求1至3任一项所述的污水处理设备，其特征在于,在所述亚硝化反应器中设置有导电材料，作为具有导电性的生物膜载体。
5.如权利要求1至4任一项所述的污水 处理设备，其特征在于,所述厌氧反应器的上部通过气体回流泵连接所述厌氧反应器的底部，所述气体回流泵用于将所述厌氧反应器上部的气体回流到所述厌氧反应器的底部，经过所述厌氧反应器的液相，以吹脱出反应器液相中气体能源组分。
6.如权利要求1至5任一项所述的污水处理设备，其特征在于,所述厌氧反应器中在产甲烷区和产氧化亚氮区之间设置隔离板，所述隔离板分离产甲烷区和产氧化亚氮区的填料以对不同区强化具有不同功能的微生物种群。
7.如权利要求1至6任一项所述的污水处理设备，其特征在于,所述厌氧反应器的出水口与所述亚硝化反应器的进水口之间通过U型管连接。
8.如权利要求1至7任一项所述的污水处理设备，其特征在于,所述亚硝化反应器中设置有搅拌器。
9.一种采用如权利要求1至8任一项所述的污水处理设备的污水处理方法，其特征在于,包括以下过程：将待处理污水送入所述厌氧反应器，使待处理污水先在所述厌氧反应器的底部进行厌氧反应而产甲烷，产甲烷后的污水在所述厌氧反应器的上部进行反硝化反应，由从所述亚硝化反应器回流的亚硝酸盐作为电子受体，产甲烷后剩余的有机碳源作为电子供体，强化反硝化反应而产氧化亚氮;所述厌氧反应器产生的甲烷和氧化亚氮通过所述气体收集装置回收;所述厌氧反应器以氨氮为主的出水流入所述亚硝化反应器，在所述亚硝化反应器中将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，含有亚硝酸盐的水一部分回流到所述厌氧反应器中,参与所述厌氧反应器中的反硝化反应。
10.如权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于,在所述厌氧反应器中投加具有导电性能的生物膜载体，强化厌氧反应过程电子传递效率，并促进反硝化反应的处理效率。
说明书
一种基于碳氮能源回收的污水处理设备与方法
技术领域
本发明涉及污水处理，特别是涉及一种基于碳氮能源回收的污水处理设备与方法。
背景技术
污水处理是保障居民健康和生态环境安全的重要技术途径，为疾病传播控制等做出了重要贡献，所以被评为百年来重要的技术之一。污水处理根据处理对象逐渐考虑碳源、氮、磷等污染物去除，相应的技术发展可分为污水生物处理、污水营养物去除、污水营养物强化去除和Limit of Technology(LOT)技术等几个阶段。现阶段污染物去除主要为营养物强化去除，而美国等国家和地区开始关注和实践LOT。此外，自2014年活性污泥百年之际，世界各国专家均开始关注和探讨污水处理工艺的未来发展趋势。基本共识包括，对传统污染物如有机物和氮磷等，主要关注其能源资源化利用;而对新兴污染物及其生态风险与毒性的控制，则是污染物控制领域的未来关注对象。
在污水治理理念逐渐由传统污染物去除转变为能源资源回收方面，针对资源化能源化理念，不同专家学者分别提出了不同的实践技术途径。重要过程包括污水中有机物直接厌氧能源化或者首先转化为固体有机物，然后进行厌氧发酵实现能源化;此外，对于氮磷则主要对其进行资源化利用，包括回收作为肥料等。
新兴污染物及其毒理学是未来污水处理关注的重点，尤其在生态安全保障及其影响等方面备受关注。众多学者已对污水处理厂中个人医用药品和护肤品(PPCPs)等新兴污染物的去除效果和去除机理开展了系统的研究。Carballa et al.(2004)对PPCPs和激素类物质(EDCs)在污水处理厂中去除特性的研究表明，活性污泥的生物降解对PPCPs和EDCs的去除起到非常重要的作用。由于新兴污染物生物降解过程的复杂性，其降解产物在污水处理中的降解途径及其生态毒性也开始受到关注。因此，未来污水处理系统需要考虑新兴污染物及其毒性的有效控制技术。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于碳氮能源回收的污水处理设备与方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于碳氮能源回收的污水处理设备，包括进水泵、厌氧反应器、气体收集系统、亚硝化反应器、回流泵以及曝气泵，所述进水泵连接所述厌氧反应器的进水口，所述厌氧反应器的出水口连接所述亚硝化反应器的进水口，所述厌氧反应器的出气口连接所述气体收集系统，所述亚硝化反应器的回流出水口通过所述回流泵连接所述厌氧反应器的回流进水口，所述曝气泵将氧气送到所述亚硝化反应器中;待处理污水先在所述厌氧反应器的底部进行厌氧反应而产甲烷，产甲烷后的污水在所述厌氧反应器的上部进行反硝化反应，由从所述亚硝化反应器回流的亚硝酸盐作为电子受体，产甲烷后剩余的有机碳源作为电子供体，强化反硝化反应而产氧化亚氮;所述厌氧反应器产生的甲烷和氧化亚氮通过所述气体收集装置回收;所述厌氧反应器以氨氮为主的出水流入所述亚硝化反应器，在所述亚硝化反应器中将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，含有亚硝酸盐的水一部分回流到所述厌氧反应器中，参与所述厌氧反应器中的反硝化反应。
进一步地：
在所述厌氧反应器中设置有导电材料，作为具有导电性的生物膜载体。
所述导电材料包括活性炭材料。
在所述亚硝化反应器中设置有导电材料，作为具有导电性的生物膜载体。
所述导电材料包括活性炭材料。
所述厌氧反应器的上部通过气体回流泵连接所述厌氧反应器的底部，所述气体回流泵用于将所述厌氧反应器上部的气体回流到所述厌氧反应器的底部，经过所述厌氧反应器的液相，以吹脱出所述厌氧反应器液相中气体能源组分。
所述厌氧反应器中在产甲烷区和产氧化亚氮区之间设置隔离板，所述隔离板分离产甲烷区和产氧化亚氮区的填料以对不同区强化具有不同功能的微生物种群。
所述厌氧反应器的出水口与所述亚硝化反应器的进水口之间通过U型管连接。
所述亚硝化反应器中设置有搅拌器。
一种采用所述的污水处理设备的污水处理方法，包括以下过程：将待处理污水送入所述厌氧反应器，使待处理污水先在所述厌氧反应器的底部进行厌氧反应而产甲烷，产甲烷后的污水在所述厌氧反应器的上部进行反硝化反应，由从所述亚硝化反应器回流的亚硝酸盐作为电子受体，产甲烷后剩余的有机碳源作为电子供体，强化反硝化反应而产氧化亚氮;所述厌氧反应器产生的甲烷和氧化亚氮通过所述气体收集装置回收;所述厌氧反应器以氨氮为主的出水流入所述亚硝化反应器，在所述亚硝化反应器中将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，含有亚硝酸盐的水一部分回流到所述厌氧反应器中，参与所述厌氧反应器中的反硝化反应。
进一步地：
在所述厌氧反应器中投加具有导电性能的生物膜载体，强化厌氧反应过程电子传递效率，并促进反硝化反应的处理效率。
本发明的有益效果：
本发明提供基于碳氮能源回收的污水处理设备和污水处理方法，针对污水处理资源化能源化的需求，实现了基于碳氮能源化的污水处理新工艺，提升了污水处理效率和处理质量。本发明中，产甲烷后污水用于反硝化产氧化亚氮;产氧化亚氮出水采用亚硝化技术生产亚硝酸盐，并回流到反硝化阶段;在优选的实施例中，采用导电材料作为具有导电性的生物膜载体，强化厌氧反应器中厌氧产甲烷与反硝化产氧化亚氮，并耦合亚硝化反应器中亚硝化过程的碳氮能源回收污水处理，整体实现碳氮能源回收污水处理，尤其是针对高浓度有机碳源和高氨氮废水效率更高。本发明同时具有强化去除新兴污染物的功能，是一种符合污水处理以及能源资源回收的可持续发展要求。
本发明实施例的具体优点有：(1)采用导电材料强化污水厌氧处理效率，因为厌氧处理包括水解酸化和产甲烷等过程，涉及不同微生物种群之间的电子传递，当加入导电材料后，不但能够促进生物膜的生长，也有利于强化微生物之间的电子传递，提高厌氧处理效率。(2)对于厌氧完水质，采用回流含有亚硝酸盐的回流液，在反应器上部强化污水反硝化产氧化亚氮。另外，对厌氧反应器使用气体回流泵回流上部气体到反应器底部，有利于吹脱出整个反应器产生的甲烷和氧化亚氮，两者均为生物能源。由此实现污水中碳氮能源化目的。(3)在厌氧反应器中，采用投加导电材料方式，能强化某些新兴污染物的去除，使处理污水更具有生态安全性。(4)在好氧亚硝化反应器中，主要采用控制溶解氧或其他运行模式，实现亚硝化目的。同时，硝化过程也能强化新兴污染物的去除。(5)在亚硝化反应器中，也采用生物膜方式，有利于提高污泥量，尤其是硝化菌的生物量，强化工艺处理能力。因此，本发明具有污水能源化和去除新兴污染物双重效果。
