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工业废水的生物处理

氧化亚氮生物污水处理厂能量回收的工程可行性

添加时间:2020/05/28

  北极星水执掌网讯:目前,生物废水执掌因其能耗高而受到挑衅。一氧化二氮是一种功效巨大的燃料增加剂,而不是生物脱氮流程中不需求的副产物。到目前为止,大无数查究合键聚积正在流程拓荒、优化和负责。目前,对废水行为能源起源的NO的临蓐缺乏悉数的理解。本综述的主意是正在工程可行性、经济可行性和境况可延续性方面临N

  N2O是百般废水生物脱氮流程中爆发的副产品,也是一种极强的温室气体,酿成了急急的境况危机。另一方面,N2O行为氮的反响格式,含有必定量的化学能,可能通过热领会接纳。另外,弗成燃的N2O可能用作与其它燃料(比如甲烷气体)混杂燃烧的氧化剂或增加剂。

  关于氨氮浓度为40 mg/L的类型都市污水,当氨氮通盘转化为N2O时,N2O的最大产量猜测为63 g/m,环球污水约为3.3×1011 m/年,正在环球周围内,都市污水爆发的最大N2O可策动为20.79 Mg N2O/年,不过惟有约1/10的含氮化合物的废水中的势能是可接纳的。结果上,都市污水中N2O的可接纳能量与通常的厂内能耗(0.26~0.67 kWh/m)比拟险些微不敷道。

  通常来说,都市污水中氨氮浓度较低,约为40mg/L,解说从稀释废水中接纳N2O或许不具有本质可行性和经济可行性。不过,厌氧消化液中通常含有高浓度的氨氮500~1500 mg N/L,这或许是侧流执掌流程中爆发N2O的更适合起源。

  如图1所示,废水可通过生物或生物-化学耦合途径爆发N2O。正在生物脱氮流程中,N2O可通过羟胺(NH2OH)氧化(途径①)、硝化反硝化(途径Ⅱ)和反硝化效力(途径Ⅲ)爆发。到目前为止,通过途径Ⅰ和Ⅱ的N2O排放正在生物流程中已被遍及报道,其平时由氨氧化细菌(AOB)介导。

  N2O也被以为是自养或异养细菌反硝化的中心产品。显明,为了提升N2O的能量接纳率,图1中的氮代谢途径应正在N2O爆发阶段加以负责,同时避免随后还原为N2。结果上,正在大领域的生物废水执掌流程中,这种代谢调控显得特别具有挑衅性。

  正在废水生物执掌流程中,通过铁介导的化学反响制备了N2O。然而,应留心的是,N2O的化学临蓐照旧合键由生物流程中爆发的中心产品确定,如NO2-、HNO2和NH2OH(图1)。这反过来又使化学流程负责变得高度杂乱和麻烦。

  正在提升N2O产量的生物-化学耦合流程中(图2),Fe(II)的外面用量应为5472g Fe(II)/m。显明,正在制备N2O的生物-化学耦合工艺中,如许高的铁(II)用量不但会导致较高的运转本钱,并且会导致与执掌后的废水中的高阴离子浓度(即9381 g SO42–/m)联系的潜正在境况危机,从而影响后续的生物含铁量高的工艺和生物污泥,应视为无益固体。因而,诈欺厌氧消化液通过生物与铁介导的耦合化学流程本质临蓐N2O是值得商榷的。

  近年来,人们越来越感趣味的是从废水中接纳N2O行为一种巨大的燃料氧化剂。正在这种境况下拓荒了好氧-缺氧-氮领会操作(CANDO)工艺,从厌氧消化液中接纳N2O。根基上,CANDO流程征求三个操作设施:(i) NH4+一面硝化为NO2-;(ii)NO2-一面反硝化为N2O,以及(iii)N2O与CH4共燃以接纳能量(图3)。除了曾经确立的设施3除外,本质上设施1和2正在大领域上照旧具有高度的挑衅性。因而,与古代的生物脱氮工艺比拟,CANDO工艺中生物脱氮的具体功能或许会受到影响。

  与现有污水执掌厂的老例反硝化比拟,CANDO工艺(图3)中亚硝酸盐异养反硝化为N2O所需的废水COD中的有机碳可淘汰60%。撙节的废水COD可进一步用于临蓐沼气举办能源接纳,抵消污水执掌厂一面能耗。总的来说,好像有需要以更悉数的方法把稳评估CANDO工艺的工程可行性和经济可行性。

  因为N2O正在水中的消融度很高,对其捕集具有很大的挑衅。从图4可能看出,气态N2O惟有正在25℃下的进水氨浓度大于694 mg N/L时才可用和可接纳。这明白地解说,从稀释废水(如都市废水)中接纳N2O正在时间上弗成行,正在经济上也弗成行,由于消融了大批N2O。

  目前,可思考采用气提、膜接触器等液气离散工艺对消融性N2O举办捕集,气提因其构造轻易、操作简单、离散服从较高而被以为更适合于执掌出水中N2O的脱气。然而,气提弗成避免地导致高稀释的N2O载气混杂物,需求过量的氧化剂来有用地从燃料中接纳能量。显明,这种稀释的N2O气体混杂物晦气于乃至不适合与甲烷气体共燃。因而,需求进一步纯化。需求指出的是,应用压缩载气(氦气和氮气)和后净化,无疑将大大推高N2O的接纳获本,与从N2O中接纳的有限能量比拟,一共流程相当杂乱,最终不再具有经济可行性。结果上,膜接触器正在离散水中消融气体方面也存正在雷同的题目或挑衅。这些都对从废水中接纳N2O气体的工程可行性和经济效益提出了挑衅。显明,为了应对都市污水中爆发N2O的挑衅,危急需求进一步的时间拓荒,从而下降能耗和运转本钱。

  人们遍及以为,N2O是一种有用的温室气体,按照最新的IPCC尺度,允诺的N2O排放量不应赶上执掌后废水中氮含量的0.5%。跟着环球天色变革成为一个危急的题目,大批N2O的排放一定会对境况的可延续性和危机酿成急急的影响,需求认线O的进步时间是危急需求的,并且必将减轻其境况危机。

  正在目前的施行中,甲烷气体格式的能量合键是通过厌氧消化一次和二次重淀爆发的污泥来接纳的。正在CANDO流程中,95%的亚硝酸盐和80%的亚硝酸盐转化为氧化亚氮是可能告竣的。因而,每立方米废水可能爆发66KJ的能量。图5显示了摄取厌氧消化液的CANDO工艺中的周密COD和能量流。与COD比拟,N2O的能量接纳是微不敷道的。另外,为了告竣如许微不敷道的能量接纳,一共N2O临蓐流程,征求得益和后净化,弗成避免地变得杂乱和高贵,不过,这种浩大勤恳所带来的预期回报或好处相当迷茫,思考到其正在目前时间阶段与环球天色变革联系的潜正在境况危机,或许不适合进一步大领域使用。

  正在目前的时间阶段,N2O临蓐的操作正在流程杂乱性安闲稳性方面照旧具有挑衅性。都市污水和厌氧消化液爆发的N2O的可接纳能量与总能耗比拟显得微不敷道。因为N2O的消融度高,需求对N2O举办捕集和进一步纯化,但工艺构造杂乱,操作本钱高。大批残留消融性N2O的排放对温室效应爆发了热烈的影响,对目前N2O临蓐和能源接纳流程的永恒境况可延续性提出了挑衅。

  原题目:氧化亚氮生物污水执掌厂能量接纳的工程可行性、经济可行性和境况可延续性

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