一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置及方法，包括设置有微生物附着生长的中空纤维膜生物反应器，生物膜反应器分别连通进水管、N2O收集管道和一体化活性污泥反应器；一体化活性污泥反应器设置有微孔曝气器和斜板，部分出水连通回流管至生物膜反应器；通过中空纤维膜内腔的负压将生物膜反应器中产生的N2O实时分离并收集。提高了低浓度N2O的分离效率，缩短了N2O富集的时间，同时避免了反应器中的液体进入内腔体。本发明专利技术可将生活污水中低浓度氨氮转化为N2O，且转化率高于85％。且转化率高于85％。且转化率高于85％。

【技术实现步骤摘要】
一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置及方法


[0001]本专利技术属于环境与资源回收
，主要涉及一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置及方法。

技术介绍

[0002]废水生物脱氮是水处理的重要方向。传统的生物脱氮原理是将氮素转化为无害的N2并排放至大气环境，然而，反硝化过程还释放N2O。近年来，研究发现N2O是潜在的可再生能源，可以做赛车助燃剂、火箭氧化剂等，为污水处理过程中氮的能源化利用提供了重要的科学依据。然而，针对生活污水，传统的硝化-反硝化过程N2O释放量很少，难以实现其富集，更不能回收利用。
[0003]将污水中的氨氮转化为N2O并进行能源化利用日益引起人们的关注，生活污水水量大，但氮素的浓度低，而传统脱氮工艺中N2O转化率低和回收困难问题，一直是人们亟待解决的技术问题，因此，提供一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置及方法，可为污水处理氮的能源化利用奠定基础，是目前迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置及方法，通过一体化活性污泥反应器在反应区通过曝气将生活污水中的氨氮转化为硝酸盐，沉降区通过设置斜板完成泥水分离；生物膜反应器利用一体化活性污泥反应器出水中的硝酸盐和生活污水中的有机物进行反应，通过控制pH值并抑制N2O还原酶的活性，将硝酸盐还原为N2O，并利用中空纤维膜组件将N2O分离并回收，为氮的能源化利用奠定基础。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案：
[0006]本专利技术提供一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置，包括生物膜反应器和一体化活性污泥反应器；
[0007]所述生物膜反应器设置有微生物附着生长的中空纤维膜，生物膜反应器分别连通进水管、N2O收集管道和一体化活性污泥反应器；
[0008]所述一体化活性污泥反应器包括反应区和沉降区，反应区设置有微孔曝气器，沉降区设置有方向相异的斜板，一体化活性污泥反应器部分出水连通回流管至生物膜反应器；
[0009]生物膜反应器中中空纤维膜组件与N2O收集装置之间连接有气压计和真空泵，通过中空纤维膜内腔的负压将生物膜反应器中产生的N2O实时分离并收集。
[0010]本专利技术还有进一步优选的方案：
[0011]优选的，所述生物膜反应器上设有pH计，并连通有HCl投加口。
[0012]优选的，所述中空纤维膜为复合型分离膜，基膜的主材为聚丙烯，生物膜附着生长在中空纤维膜的外表面，内表面主材为聚酰胺，内表面的平均孔径为40-60nm。
[0013]优选的，所述中空纤维膜的基膜利用纳米氧化铜进行改性。
[0014]本专利技术进而提供了一种基于所述装置的将生活污水中氨氮转化为N2O的方法，包括以下步骤：
[0015]活性污泥通过在一体化活性污泥反应器中曝气将生活污水中的氨氮转化为硝酸盐；利用方向相异的斜板沉降完成泥水分离；通过回流将出水硝酸盐返至生物膜反应器；
[0016]利用生活污水中的有机物与回流的硝酸盐反应，控制反应pH值，并通过附着生长在中空纤维膜外表面的纳米氧化铜抑制氧化亚氮还原酶的活性，将硝酸盐还原为N2O；利用中空纤维膜的内腔体负压方式将生物膜产生的N2O实时分离。
[0017]优选的，控制曝气(DO＝0.5-1.5mg/L)将生活污水中的氨氮转化为硝酸盐。
[0018]优选的，控制反应pH值为5.5-6.5。
[0019]优选的，中空纤维膜的内腔体内负压为0.1-0.3MPa。
[0020]优选的，一体化活性污泥反应器出水的回流比为250-300％。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：
[0022](1)采用以复合型中空纤维膜为载体的生物膜反应器，采用纳米氧化铜对复合型中空纤维膜的基膜进行改性，从而具有抑制氧化亚氮还原酶的功能，使附着生长的生物膜将硝酸盐的还原产物控制为N2O，从而实现N2O的高效转化。
[0023](2)通过膜分离的方法原位分离N2O，进一步强化产N2O还原菌的生长条件，可将生活污水中N2O的转化率提高至85％以上。
[0024](3)本专利技术采用复合型中空纤维膜，针对生活污水中低浓度氨氮转化问题，本专利技术采用一体化活性污泥反应器，的功能是将生活污水中的氨氮氧化为硝酸盐，同时完成泥水分离。简化了工艺流程和操作难度，降低了建设和运行费用。
[0025](4)采用的生物膜反应器中设置有中空纤维膜组件，采用复合型中空纤维膜分离膜，并采用纳米氧化铜对基膜的聚丙烯进行改性，通过抑制氧化亚氮还原酶的活性并控制适宜的pH值，附着生长的生物膜将硝酸盐的还原产物控制为N2O；通过中空纤维膜内腔侧的负压将产生的N2O从反应器中实时分离，利用聚酰胺分离层控制分离膜内腔体的孔径仅为40-60nm，既提高了低浓度N2O的分离效率，缩短了N2O富集的时间，同时又避免了反应器中的液体进入内腔体。因此，本专利技术可将生活污水中低浓度氨氮高效转化为N2O，且转化率高于85％。
附图说明
[0026]下面结合附图及具体实施方式对本技术做进一步说明。
[0027]图1是将生活污水中氨氮转化为N2O的装置图；
[0028]图2是中空纤维膜的示意图；
[0029]图3是生活污水中氨氮转化为N2O的效果图。
[0030]图中，1.生物膜反应器；2.一体化活性污泥反应器；3.进水管；4.出水口；5.回流管；6.HCl投加口；7.pH计；8.气压计；9.真空泵；10.N2O收集装置；11.阀门；12.空压机；13.气体流量计；14.中空纤维膜；15.生物膜；16.微孔曝气器；17.斜板。
[0031]201.膜面的微孔；202.纳米氧化铜；203.基膜层；204.聚酰胺层。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚的描述。显然所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，以及在此基础上做出的简单修改都属于本专利技术保护的范围。
[0033]如图1所示，将氨氮转化为N2O的生物反应装置，该装置包括生物膜反应器1和一体化活性污泥反应器2。
[0034]生物膜反应器1中设置有附着生长的生物膜15的中空纤维膜14，生物膜反应器1并分别连通有进水管3、N2O收集管道和一体化活性污泥反应器2，一体化活性污泥反应器2内置有微孔曝气器16，微孔曝气器16设于一体化活性污泥反应器2的反应区，在反应区上方一体化活性污泥反应器2一侧为沉降区，沉降区设置有相邻方向相对布置的斜板17，一体化活性污泥反应器2上方侧壁连通回流管5，将部分出水回流至生物膜反应器1。
[0035]生物膜反应器1中，中空纤维膜14组件与N2O收集管道之间连接有气压计8、真空泵9和N2O收集装置10，并设有阀门1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置，其特征在于，包括生物膜反应器和一体化活性污泥反应器；所述生物膜反应器设置有微生物附着生长的中空纤维膜，生物膜反应器分别连通进水管、N2O收集管道和一体化活性污泥反应器；所述一体化活性污泥反应器包括反应区和沉降区，反应区设置有微孔曝气器，沉降区设置有方向相异的斜板，一体化活性污泥反应器部分出水连通回流管至生物膜反应器；生物膜反应器中中空纤维膜组件与N2O收集装置之间连接有气压计和真空泵，通过中空纤维膜内腔的负压将生物膜反应器中产生的N2O实时分离并收集。2.根据权利要求1所述的一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置，其特征在于，所述生物膜反应器上设有pH计，并连通有HCl投加口。3.根据权利要求1所述的一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置，其特征在于，所述中空纤维膜为复合型分离膜，基膜的主材为聚丙烯，生物膜附着生长在中空纤维膜的外表面，内表面主材为聚酰胺，内表面的平均孔径为40-60nm。4.根据权利要求1所述的一种将生活污水中氨氮转化为N2O的装置，其特征在于，所述中空纤维膜的基膜利...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕永涛，王磊，吝力，朱传首，苗瑞，王旭东，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：