申请日2015.12.14
公开(公告)日2016.03.09
IPC分类号C02F9/14; C02F11/00
摘要
本发明公开了一种同步实现污泥减量和脱氮回收利用的污水处理系统，包括pH调节池、粗格栅、斜板沉淀池、生物除磷池、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器、曝气硝化池、高压放电有机铑催化聚合反应槽、净水池、弱硝化棉烘干成形系统等。本系统创造性的利用了高压电弧所产生的高能放电量效应，处于此条件下的废水中硝酸根离子，在过度金属元素铑的有机化合物表面发生催化聚合反应，使废水中硝酸根离子的离子键断裂并重组，能够生成硝酸纤维素，可被收集并实现资源的再利用，总氮的去除率达到99.7%;同时通过激光简单直接的能量效应，使微生物细胞壁破裂，使其内部的细胞液流出，从而实现了高效的污泥减量，污泥的体积减少92%以上。
摘要附图
权利要求书
1.一种同步实现污泥减量和脱氮回收利用的污水处理系统，其特征在于，该系统包括pH调节池、粗格栅、斜板沉淀池、生物除磷池、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器、曝气硝化池、高压放电有机铑催化聚合反应槽、净水池、弱硝化棉烘干成形系统、污泥收集池等;其中污水通过废水管线进入pH调节池，pH调节池的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接斜板沉淀池，斜板沉淀池的上清液出口通过废水管线连接生物除磷池，生物除磷池的出水口通过废水管线连接曝气硝化池，斜板沉淀池和生物除磷池底部的排泥口通过污泥管线连接半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的出液口通过废水管线连接曝气硝化池，曝气硝化池的出口通过废水管线连接高压放电有机铑催化聚合反应槽，高压放电有机铑催化聚合反应槽的出水口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排，同时高压放电有机铑催化聚合反应槽中生成的硝酸纤维素通过颗粒物排放口排出，并进入弱硝化棉烘干成形系统，经烘干脱水及压制成形得到弱硝化棉可被回收利用，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器底部的排泥口连接污泥收集池;其中，高压放电有机铑催化聚合反应槽的外表面包裹有槽体绝缘保护层，内部为碳化硅陶瓷结构，反应槽的右上部设有进水阀门，左下部设有出水阀门，槽体中央部分安装有二氯四羰基二铑多孔填料，作为聚合反应催化剂，填料层下部连接有多个颗粒物排放口，左、右两侧壁板正中各安装有一支高压放电电极，在反应槽底部左、右两侧各装有一支搅拌桨叶，污水通过高压放电有机铑催化聚合反应槽的进水阀门进入反应槽内部，高压放电电极每间隔0.1s进行一次高压放电，会在反应槽中产生一道横贯槽体左右的高压电弧，高压电弧所产生的高能量被废水中的硝酸根离子吸收，硝酸根离子中的离子键受到能量激发处于不稳定状态，并在二氯四羰基二铑的表面催化作用下发生键断裂并重组，最终发生聚合反应生成硝酸纤维素颗粒物，反应生成的硝酸纤维素颗粒物直接从颗粒物排放口排出，同时，经过反应净化后的污水通过出水阀门排出反应槽并进入净水池中;其中，弱硝化棉烘干成形系统的作用是将反应生成的硝酸纤维素颗粒物脱水并烘干，再经过挤压成形，最终制成弱硝化棉块供回收再利用;半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器右侧壁设有进泥口，左侧壁设有出液口，反应器内部在上顶壁上间隔安装有3支半导体泵浦铷蒸汽激光器，组成激光器阵列，能够产生3束高能铷蒸汽激光束，其光路垂直于上顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板，在每个能量吸收挡板的左端垂直安装有网状阻燃挡板，与激光光束平行，网状阻燃挡板能够起到阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火的作用，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板上，污泥通过半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口进入反应器内部，在铷蒸汽激光的直接照射下，污泥中的微生物细胞壁在高能量辐照下发生破壁，内部的细胞液流出汇集到一起从反应器的出液口流出，反应器内剩余的污泥从反应器底板上的多个排泥口排出进入污泥收集池。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，高压放电有机铑催化聚合反应槽，其高压放电电极的放电电压范围约为8500~15000V，二氯四羰基二铑填料的孔径为5.2mm，比表面积为6.5cm2/g，反应槽的有效容积为133m3。
3.根据权利要求1所述的的处理系统，其特征在于，弱硝化棉是一种硝酸纤维素，为白色纤维状，含氮量约为8~12%，弱硝化棉烘干成形系统的烘干温度为70~85℃，压制成形的弱硝化棉块规格为1.5cm×1.0cm×1.0cm。
4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，半导体泵浦铷蒸汽激光器采用长度为8mm的铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入36kPa的乙烷和48kPa的氦气，铷蒸汽激光的中心波长为780.2nm，压缩线宽为0.22nm。
说明书
一种同步实现污泥减量和脱氮回收利用的污水处理系统
技术领域
本发明涉及一种同步实现污泥减量和脱氮回收利用的污水处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
污水生物处理中产生的大量的剩余污泥对环境造成了巨大压力，而且其处理和处置费用高，能占到污水处理费用的60-70%，成为制约污水行业发展的瓶颈。在这种背景下，污泥减量技术成为污水行业研究的热点。所谓污泥减量化就是通过利用物理、化学、生化的手段，使得整个污水处理系统向外排放的生物固体量达到最少。目前，国内外普遍认可的污泥减量技术可分为四类：一、溶胞-隐性生长;二、内源呼吸;三、解耦联代谢;四、生物捕食。同前三项技术相比，生物捕食技术具有“纯生态”的处理机理、较低的处理成本和良好的污泥减量效果，因此获得了更广泛的关注。但目前污泥减量技术都存在缺点，化学方法存在环境安全性的问题，生化方法存在污泥减量的同时氮磷去除率低的问题。
迄今为止，尚无一种集污泥减量与脱氮除磷以及氮元素回收利用为一体的高效低能耗、无污染的废水处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种同步实现污泥减量和脱氮回收利用的污水处理系统，该系统包括pH调节池、粗格栅、斜板沉淀池、生物除磷池、半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器、曝气硝化池、高压放电有机铑催化聚合反应槽、净水池、弱硝化棉烘干成形系统、污泥收集池等;其中污水通过废水管线进入pH调节池，pH调节池的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接斜板沉淀池，斜板沉淀池的上清液出口通过废水管线连接生物除磷池，生物除磷池的出水口通过废水管线连接曝气硝化池，斜板沉淀池和生物除磷池底部的排泥口通过污泥管线连接半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的出液口通过废水管线连接曝气硝化池，曝气硝化池的出口通过废水管线连接高压放电有机铑催化聚合反应槽，高压放电有机铑催化聚合反应槽的出水口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排，同时高压放电有机铑催化聚合反应槽中生成的硝酸纤维素通过颗粒物排放口排出，并进入弱硝化棉烘干成形系统，经烘干脱水及压制成形得到弱硝化棉可被回收利用，半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器底部的排泥口连接污泥收集池;其中，高压放电有机铑催化聚合反应槽的外表面包裹有槽体绝缘保护层，内部为碳化硅陶瓷结构，反应槽的右上部设有进水阀门，左下部设有出水阀门，槽体中央部分安装有二氯四羰基二铑多孔填料，作为聚合反应催化剂，填料层下部连接有多个颗粒物排放口，左、右两侧壁板正中各安装有一支高压放电电极，在反应槽底部左、右两侧各装有一支搅拌桨叶，污水通过高压放电有机铑催化聚合反应槽的进水阀门进入反应槽内部，高压放电电极每间隔0.1s进行一次高压放电，会在反应槽中产生一道横贯槽体左右的高压电弧，高压电弧所产生的高能量被废水中的硝酸根离子吸收，硝酸根离子中的离子键受到能量激发处于不稳定状态，并在二氯四羰基二铑的表面催化作用下发生键断裂并重组，最终发生聚合反应生成硝酸纤维素颗粒物，反应生成的硝酸纤维素颗粒物直接从颗粒物排放口排出，同时，经过反应净化后的污水通过出水阀门排出反应槽并进入净水池中;其中，弱硝化棉烘干成形系统的作用是将反应生成的硝酸纤维素颗粒物脱水并烘干，再经过挤压成形，最终制成弱硝化棉块供回收再利用;半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器右侧壁设有进泥口，左侧壁设有出液口，反应器内部在上顶壁上间隔安装有3支半导体泵浦铷蒸汽激光器，组成激光器阵列，能够产生3束高能铷蒸汽激光束，其光路垂直于上顶壁，在每一个半导体泵浦铷蒸汽激光器正对的对面顶壁处安装有能量吸收挡板，在每个能量吸收挡板的左端垂直安装有网状阻燃挡板，与激光光束平行，网状阻燃挡板能够起到阻挡激光散射并吸收其散射能量，防止局部温度过高而使反应器内部起火的作用，铷蒸汽激光光束通过相邻两扇网状阻燃挡板形成的通道最终投射至正对的能量吸收挡板上，污泥通过半导体泵浦铷蒸汽激光污泥减量反应器的进泥口进入反应器内部，在铷蒸汽激光的直接照射下，污泥中的微生物细胞壁在高能量辐照下发生破壁，内部的细胞液流出汇集到一起从反应器的出液口流出，反应器内剩余的污泥从反应器底板上的多个排泥口排出进入污泥收集池。
其高压放电有机铑催化聚合反应槽采用二氯四羰基二铑作为聚合反应催化剂，其高压放电电极的放电间隔为0.1s，放电电压范围为8500~15000V，二氯四羰基二铑填料的孔径为5.2mm，比表面积为6.5cm2/g，反应槽的有效容积为133m3。
其弱硝化棉烘干成形系统的烘干温度为70~85℃，压制成形的弱硝化棉块规格为1.5cm×1.0cm×1.0cm。
其弱硝化棉是一种含氮的有机高分子聚合物，其分子式为：[C6H7O2(ONO2)a(OH)3-a]n，其中a为酯化度，n为聚合度。它属于硝酸纤维素的一种，其外形为白色纤维状，物理性质与棉花基本相同。弱硝化棉的含氮量为8~12%，可用于生产电影胶片、赛璐珞和硝基清漆等材料。
半导体泵浦铷蒸汽激光器采用长度为8mm的铷金属饱和蒸汽作为增益介质，并在常温下充入36kPa的乙烷和48kPa的氦气，铷蒸汽激光的中心波长为780.2nm，压缩线宽为0.22nm。
本发明的优点在于：
(1)本系统摆脱了现有的废水脱氮除模式，创造性的采用了物理手段与化学方法相结合的技术路线，通过能量效应与聚合催化效应的直接作用，使硝酸根离子中的离子键发生键断裂并重组，最终生成硝酸纤维素颗粒物(弱硝化棉)，从而在废水脱氮的同时实现了氮元素资源的回收利用。通过本系统处理后的污水，其总氮的去除率达到99.7%，并且弱硝化棉的转化率在90%以上。
(2)本系统采用了二氯四羰基二铑多孔填料的设计，使废水能够充分与催化剂发生接触反应，提高了转化效率，提升了整个系统的处理能力。
(3)本系统中的二氯四羰基二铑聚合催化剂具有使用寿命长和不易发生催化剂中毒的特点，从而实现了处理系统的低运维成本和长时间运行。
(4)本系统的催化反应在液态基体中进行，因此反应效率和速度均受到控制，只能生成弱硝化棉，杜绝了含氮量更高的强硝化棉或胶棉的生成，从而消除了运行中发生爆炸的风险。
(5)本系统摆脱了现有的污泥减量的传统治理模式，创造性的采用了世界尖端的半导体泵浦铷蒸汽激光技术，通过简单直接的能量效应，使微生物细胞壁破裂，使其内部的细胞液流出，从而实现了高效的污泥减量，污泥的体积减少92%以上。
(6)本发明将污泥减量与脱氮除磷有机的结合起来，在实现污泥减量的同时，还将污泥中脱出的污水进行了有效地脱氮处理，整套系统运行可靠，操作方便，可实现自动化控制。
