[发明专利]一种富集氧化亚氮并回收能量的反硝化设备

说明书

本发明涉及一种富集氧化亚氮并回收能量的反硝化设备，包括：洗气装置(4)，顶部设有气体入口(1)及气体出口(2)，侧部设有溶液注入口(3)，厌氧反应器(7)，经连接管道与洗气装置(4)连接，顶部设有加液口(6)，侧部设有气体收集口(9)及排液口(10)，厌氧反应器(7)置于磁力搅拌器(8)上。与现有技术相比，本发明试验装置操作简便，运行稳定，可实现半自动控制，反硝化过程中氧化亚氮的生成率高、停留时间长，最高体积浓度可达0.45以上，所得氧化亚氮气体可用于氧化剂、助燃剂等。

技术领域

本发明属于环境工程中反硝化处理技术领域，尤其是涉及一种富集氧化亚氮并回收能量的反硝化设备。

背景技术

氧化亚氮是反硝化过程中重要的中间产物之一。作为一种典型的温室气体，氧化亚氮在水处理领域中常被视为有害副产物而最大限度地抑制产生。但是，氧化亚氮也是一种潜在的可再生能源。研究表明，氧化亚氮是一种比O₂更强大的氧化剂，可以增加CH4燃烧的能量回收：1mol CH₄与氧化亚氮按化学计量完全燃烧反应释放的能量为1219kJ，而1molCH₄与O₂完全燃烧反应释放的能量为890kJ，前者比后者释放的能量多出约30％。另一方面，氧化亚氮也是一种极具前途的助燃剂和推进剂。相比较其他的氧化剂，氧化亚氮在室温下更为稳定、易于储存。并且氧化亚氮分解后产物是无毒的氮气和氧气，安全性高，常被用于给高性能车辆的发动机增压，并在航空航天工业中常被作为混合火箭的强氧化剂使用。

目前，已经有针对络合态NO反硝化过程中氧化亚氮积累的研究，但是现有研究成果存在以下几个问题：(1)为了维持高水平的转化率，底物NO浓度受到限制，使得系统总体的反硝化效率受限；(2)低水平NO使得后续产气中氧化亚氮浓度过低，富集和回收成本提高；(3)氧化亚氮作为反硝化中间产物，会在短时间内进一步还原为N₂，因而在系统中停留时间短，为后续回收造成了困难；(4)缺少可实现自动化的实验装置。这些问题限制了反硝化系统中氧化亚氮的富集和能源回收。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种富集氧化亚氮并回收能量的反硝化设备，解决了现有技术中反硝化系统中氧化亚氮难以进行富集和能源回收的技术问题，可实现半自动控制，反硝化过程中氧化亚氮的生成率高、停留时间长，最高体积浓度可达0.45以上。所得氧化亚氮气体可用于氧化剂、助燃剂等。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种富集氧化亚氮并回收能量的反硝化设备，包括：

洗气装置，顶部设有气体入口及气体出口，侧部设有溶液注入口，

厌氧反应器，经连接管道与所述洗气装置连接，顶部设有加液口，侧部设有气体收集口及排液口，

所述厌氧反应器中的反硝化微生物利用洗气装置制得的Fe(II)EDTA-NO为氮源、乙酸钠为碳源，外加微生物所需营养物质，pH调节至7.2±0.2，利用氩气脱除顶空气体后置于磁力搅拌器上，密封恒温反应。

所述洗气装置为密封性优良的有机玻璃容器。

所述溶液注入口加入Fe(II)EDTA溶液，用于吸收混合气中的一氧化氮成分并络合成Fe(II)EDTA-NO溶液。

加入Fe(II)EDTA溶液的浓度介于10mM-40mM，此浓度利用原始Fe(II)EDTA溶液浓度进行定量。当洗气装置进口气流与出口气流中NO浓度相等时，视为溶液中Fe(II)EDTA-NO的浓度与原Fe(II)EDTA溶液浓度相同。

所述气体入口通入N₂与NO混合气。

所述气体出口处还设有气体浓度检测装置，用于检测出口气流中所含NO的浓度。