[发明专利]一种强化污水处理过程中N2O产生的装置与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强化污水处理过程中N₂O产生的装置与控制方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

N₂O是《京都议定书》规定的6种温室气体（CO₂、CH₄、N₂O、HFCs、PFCs、SF₆）之一，其化学性质稳定，在大气中存留时间长，全球增温潜势是CO₂的190-270倍，同时还会破坏臭氧层。近年来，为了控制水体富营养化，污水处理厂不断升级改造达到高效生物脱氮除磷的目的，而N₂O排放量随之逐年增加。据估算，2005至2020年间污水处理厂N₂O排放量占全球N₂O释放量的比例将上升13％。

目前对污水处理厂中N₂O产生与释放的研究集中于N₂O释放的控制方面，进而缓减温室效应。其主要有以下几个方面：1）基于N₂O产生机理的研究，运用数学模型预测污水处理厂中氧N₂O的产量；2）通过不断探讨污水处理厂中导致N₂O产生的因素：高NO₂^--N，内碳源反硝化，低C/N，硝化过程中的低DO和反硝化过程中存在DO等，进一步完善N₂O的控制措施。3）优化污水处理厂N₂O的取样检测策略，如在线连续检测和定时取样检测等方法，权衡每种方法的优缺点，进一步为污水处理厂N₂O产生和释放量的表征提供有效数据。

此外，N₂O降解为氮气和氧气的生成焓为82kJ/mol，通常被用作为火箭的推进剂、机动车辆引擎的助燃剂，重要的是N₂O替代氧气作为氧化剂氧化甲烷可增加329KJ/mol的产能，见式（1）和式（2）。因此，如果能强化污水生物脱氮过程中N₂O产生，随后将其收集用于氧化污泥发酵产生的甲烷，则可提高污水处理厂甲烷氧化过程产生的能量，同时还可以达到N₂O释放量控制目的，因为在此过程中N₂O被还原为N₂。

               CH₄+4N₂O→CO₂+2H₂O+4N₂,△H^O_R=-1219KJ/mol           （1）

               CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O+4N₂,△H^O_R=-890KJ/mol             （2）

发明内容

本发明目的是为了解决上述技术问题，提出的一种强化污水处理过程中N₂O产生的装置与控制方法。该发明通过利用污泥内碳源作为反硝化碳源，利用亚硝酸盐抑制氧化亚氮还原酶活性，提高内源反硝化过程N₂O产生量，从而为N₂O氧化甲烷提高污水处理厂产能提供了基础。本发明改变了传统N₂O控制减排的思路，从强化脱氮过程中N₂O的产生来入手，而后再用于甲烷氧化产生N₂，从而逆向解决了N₂O排放的问题；与此同时还提高了污水处理厂甲烷燃烧发电过程产生的能量。经物料衡算表明，本发明可使污水处理厂需氧量降低20%的和污泥量降低40%，产能增加60%。