專利名稱：一種從污水生物處理過程中進行化學(xué)磷回收的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水生物處理優(yōu)化及化學(xué)磷回收技術(shù)，特別涉及一種從污水 生物處理過程中進行化學(xué)磷回收的方法。
背景技術(shù)：
(1 )磷回收的必要性與可能性
磷是一種十分有限、不可再生的自然礦產(chǎn)資源，同時也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 重要原料。就全球而言，現(xiàn)有技術(shù)已探明并有能力開采的磷礦僅夠維持人類
不足100年的使用期限；而中國目前磷礦貯量還不足以使用70年。更有數(shù) 字顯示，美國的富磷礦(P2O5^30%)供給將在未來30年內(nèi)耗盡；中國的富 磷礦將很快在15年內(nèi)消失。磷是萬物生長營養(yǎng)之源，沒有磷便意味著人類 乃至整個生物圈將逐漸消失。因此，磷是一種比水和石油更加珍貴的自然資 源！磷在人類生產(chǎn)、生活使用之后大部分進入污/廢水，不加妥善處理可能 會導(dǎo)致地表水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象。在實踐中，為控制水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，污水 處理不僅要求脫氮，而且也必須除磷。從磷的可持續(xù)利用和水體富營養(yǎng)化控 制雙重目的出發(fā)，以回收為目的磷去除應(yīng)該是污水除磷技術(shù)的最佳選擇。 (2)磷回收對生物除磷強化作用的理論依據(jù)
污水生物處理廠中最佳磷回收點應(yīng)是厭氧池上清液或厭氧消化液。在采 用BNR工藝的污水處理廠中，從厭氧池分流出部分富磷上清液進行化學(xué)沉 淀、回收磷，可以有效提高后續(xù)生物除磷效果。將化學(xué)除磷宏量效果好、生 物除磷微量效果佳的特點結(jié)合在一起，不僅可以回收磷，而且能夠強化生物 除磷過程。由于在厭氧池外側(cè)流方式回收磷的作用使進入后續(xù)缺氧/好氧池 的磷負荷降低，當進水有機物濃度(COD/BOD)不變時，生物除磷中的COD/P
比得以相對提高。理論計算和數(shù)學(xué)模擬表明，在生物除磷過程中，采用生物
除磷方法所需的COD/P比值大約為22 g COD/g P。如果生物方法^皮用以在 厭氧池中"濃縮，，磷并以化學(xué)方式予以側(cè)流回收，則生物除磷所需最小COD/P 比值可降至2—10 g COD/g P。 (3)磷回收的方法
化學(xué)磷回收方法通常有三種磷酸鋁(A1P04)、磷酸鈣[Ca3(P04)2]和 磷酸胺鎂(MgNH4P(V6H20，即MAP:鳥糞石)。當4丐/鎂離子摩爾比大于 1.6 ( Ca2+/Mg2+>1.6 )時，磷酸鉤便和鳥糞石共同沉淀析出；而當 Ca2+/Mg2+<0.25時，鳥糞石才作為主要沉淀物析出，同時結(jié)晶中不可避免地 含有部分磷酸鈣。從回收磷并再利用角度而言，該類磷回收產(chǎn)物能夠直接充 當緩釋磷肥或用作磷肥工業(yè)生產(chǎn)原料。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種從污水生物處理過程中進行化 學(xué)磷回收的方法，該方法可以盡可能地降低被回收磷的成本，同時強化污水 BNR工藝中生物除磷之效果。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明公開了 一種從污水中進行化學(xué)磷回收的新方法，其主要處理步驟 如下
a. 從厭氧池中引出上清液，經(jīng)水量調(diào)節(jié)池進入磷回收化學(xué)反應(yīng)池，達 到預(yù)設(shè)容積后，執(zhí)行步驟b;
b. 在攪拌過程中向化學(xué)反應(yīng)池中投加NaOH,調(diào)節(jié)pH值至8.5以上， 靜置至固液分離后執(zhí)行步驟c;
c. 收集化學(xué)反應(yīng)池底泥，經(jīng)脫水、烘干，得到回收到的磷。 上述方案中，步驟a中，所述根據(jù)試驗結(jié)果，從厭氧池中引出的上清液
的流量可取為進水流量的15~30%;預(yù)設(shè)容積可為磷回收化學(xué)反應(yīng)池總?cè)莘e 的95 % 。
上述方案中，在所述步驟a之前，還可進一步包括步驟
al.判斷預(yù)進行磷回收的污水處理廠采用的是否為BNR工藝，如果是， 則繼續(xù)執(zhí)行步驟bl;
bl.取厭氧上清液分析Ca2+、 Mg2+、 NH4+、 ？043-含量，當Ca2+/P043-的摩爾比大于5/3或Mg^/PO -的摩爾比大于1時，則執(zhí)行所述步驟a;其 中，所述？043-以P計。
上述方案中，所述步驟al中，所指述BNR工藝是包含厭氧、缺氧、好 氧處理構(gòu)筑物的任意采用生物方法處理污水的工藝。
上述方案中，所述步驟bl中，判斷Ca"PCX^的摩爾比是否大于5/3或 ^^27 043-的摩爾比是否大于1，如果是，則執(zhí)行步驟a;否則，采用投加鈣、 鎂化合物回收磷的方法。
上述方案中，所述步驟b中，可調(diào)節(jié)pH值至8.5以上，使磷酸4丐[Ca3(P04)2] 或磷酸胺鎂(MgNH4P04.6H20，即MAP:鳥糞石)自然結(jié)晶、沉淀。
上述方案中，所述步驟c中，所述回收得到的操作所回收的磷可直接用 作緩釋肥的化合態(tài)磷或用作磷肥工業(yè)生產(chǎn)原料。
由上述方案可以看出；污水處理廠所采用的處理工藝是包括厭氧、缺氧、 好氧階段的BNR工藝；其所接受的污水主要是以地下水為飲用水源地區(qū)的 生活污水，即Ca"PO,摩爾比大于5/3或Mg^/P04S-摩爾比大于1;符合以 上要求的污水處理廠均可采用本法進行化學(xué)磷回收。
因此，本發(fā)明方法能夠在污水處理廠接受地下水為飲用水水源地區(qū)的生 活污水時，根據(jù)污水中所含釣、鎂離子的量，選擇最為合適、經(jīng)濟的方法從 污水中回收磷，并直接或間接地使磷資源有效循環(huán)利用。
本發(fā)明所提供的污水生物處理過程中進行化學(xué)磷回收的方法，能夠以較 低的成本實現(xiàn)磷的回收再利用，并且能夠強化生物除磷的作用，降低污水處 理廠出水中磷的含量，從而在提高出水水質(zhì)的同時實現(xiàn)磷回收。


圖1為UCT工藝( 一種BNR工藝)流程圖2為本發(fā)明方法第一種回收方式處理流程示意具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實施對本發(fā)明再作進一步詳細說明。 圖2為本發(fā)明方法第一個姨佳實施例處理流程示意圖。在本實施例中， 首先測定污水處理廠中厭氧池上清液中鈣/磷比和鎂/磷比，判斷其比例是否 足夠大，足以無需投加4丐、鎂鹽，只通過調(diào)節(jié)pH值即可以磷酸胺鎂或磷酸 鈣的形式回收磷；當條件滿足時，從厭氧池中引進水流量15~30%的上清液 進入調(diào)節(jié)池，隨后注入化學(xué)反應(yīng)池；當化學(xué)反應(yīng)池中水位達到設(shè)置水位時， 停止進水，在攪拌過程中向化學(xué)反應(yīng)池中曝氣，吹脫C02氣體，降低水中碳 酸鹽濃度，待pH值上升至8.5以上，靜沉1小時后，將上清液回流至后續(xù) 工藝，底泥為化學(xué)磷回收產(chǎn)物；隨后化學(xué)反應(yīng)池進入進水狀態(tài)，進行下一周 期的工作。
如圖2所示，其具體處理步驟為
步驟201:測定污水處理廠中厭氧池上清液中鈣/磷比和鎂/磷比。在進 行該步驟之前首先需要確定該污水處理廠所采用的工藝為兼有好氧池和厭 氧池的BNR工藝。
在本發(fā)明方法中，在對污水處理廠中厭氧池上清液中鈣/磷比和鎂/磷比 進行測定時，每個月至少做3組平行樣，連續(xù)測定一年后計算年平均值，以 充分確認污水處理廠的水質(zhì)是否適于采用本發(fā)明進行處理。
步驟202:將污水處理廠中厭氧池上清液中4丐/磷比和4美/磷比的測定值 與理論值對比，判斷鈣/磷比(摩爾比)是否大于5/3或鎂/磷比(摩爾比) 是否大于l。如果是，則執(zhí)行步驟204;否則，執(zhí)行步驟203。
其中，測定值取年平均值和月平均值與理論值分別進行對比，若90%以
上數(shù)據(jù)符合要求，則判定為是。
其中，步驟201和202非必要步驟，若能確定所處理的厭氧池上清液符 合上述要求，則不必執(zhí)行步驟201和202,可直接從步驟204開始處理。
步驟203:通過投加鉤鹽或鎂鹽回收磷。由于實現(xiàn)方法不同，不屬于本 發(fā)明解決的問題，因此這里不做詳述。
步驟204:從厭氧池中耳又流量為進水流量15~30%的上清液引入調(diào)節(jié)池。
設(shè)置調(diào)節(jié)池是為保證在化學(xué)反應(yīng)池進入工作狀態(tài)時，仍能保證連續(xù)地以 一定流量從厭氧池中引出上清液。
上清液流量與進水流量之比為側(cè)流比，在本發(fā)明中不限定該測流比，在 本實施例中設(shè)為15~30%，具體實施時根據(jù)污水處理廠總磷、COD負荷進行 取值。若污水處理廠進水COD濃度較高，總磷(TP)較低，即COD/TP較 高時，則取較低的側(cè)流比；反之則應(yīng)取較高的側(cè)流比。
步驟205:判斷化學(xué)反應(yīng)池中水位是否達到預(yù)設(shè)水位。如果是，則執(zhí)行 步驟206;否則，執(zhí)行步驟211。
在進行工程應(yīng)用時，首先預(yù)設(shè)化學(xué)反應(yīng)池進行磷回收時的水位。該水位 若太低，回收周期太短，不利于操作，且沉淀分離效果不好；該水位若太高， 則所需后續(xù)回流調(diào)節(jié)池較大，所需投資相對較高。由于反應(yīng)池內(nèi)水力特征、 水位高低不屬于本發(fā)明設(shè)計的問題，因此這里不做詳述。
步驟206:化學(xué)反應(yīng)池停止進水，進入工作狀態(tài)。
步驟207:在攪拌過程中向化學(xué)反應(yīng)池中曝氣，吹脫C02氣體。
通常厭氧池上清液的pH值在7.5左右，通過曝氣吹脫C02氣體調(diào)節(jié)其 中pH值，當化學(xué)反應(yīng)池中鈣、鎂和磷的比例符合要求時，將pH值調(diào)節(jié)至 8.5以上，即可自反產(chǎn)生磷酸4丐或磷酸胺鎂沉淀。
在本發(fā)明中不限定pH值的調(diào)節(jié)范圍，試驗過程中發(fā)現(xiàn)當pH值調(diào)節(jié)至 8.5時便能在短期內(nèi)產(chǎn)生沉淀，且曝氣時間較短，相對比較經(jīng)濟；當pH值 更高時，雖然產(chǎn)生沉淀的速度更快，但所需曝氣時間較長。
步驟208:判斷pH值是否大于8.5。如果是，則執(zhí)行步驟209;否則， 返回步驟207。
步驟209:靜沉1小時。
靜沉1小時，能夠使固液充分分離，分離后的上清液中幾乎沒有磷酸鹽； 沉淀所得底泥中含有大量磷酸鹽，為化學(xué)磷回收產(chǎn)物。
本發(fā)明不限定沉淀時間，在日回收量為0.15 m3/d實驗室污水處理系統(tǒng) 的操作中，靜沉1小時即可實現(xiàn)固液充分分離。實際靜沉?xí)r間受回收量、構(gòu) 筑物形狀等影響有所不同。
步驟210:將上清液回流至后續(xù)工藝，底泥作為化學(xué)磷回收產(chǎn)物。
其中，將上清液回流至后續(xù)工藝時，首先將上清液引入回流調(diào)節(jié)池，繼 而引入生物處理工藝的后續(xù)反應(yīng)器中。
步驟211:化學(xué)反應(yīng)池進入進水狀態(tài)。
在化學(xué)反應(yīng)池為進水狀態(tài)時，對化學(xué)反應(yīng)池的水位進行實時監(jiān)控，當監(jiān) 控到化學(xué)反應(yīng)池水位達到化學(xué)磷回收設(shè)置水位時，進入下 一 個循環(huán)周期。
其中，步驟201至步驟204均為回收前的判斷和準備工作，并不參與周 期性磷回收；步驟205至步驟211為本實施例進行化學(xué)磷回收的處理；其中， 步驟207至步驟208為本實施例調(diào)節(jié)pH值的方法，為化學(xué)方法；其中步驟 205至步驟206和步驟209至步驟211為本實施例化學(xué)反應(yīng)前后的判斷內(nèi)容 和物理處理方法。
由圖2所述的實施例可見，應(yīng)用本實施例可以通過曝氣，吹脫C02調(diào)節(jié) 厭氧池上清液pH值，實現(xiàn)磷回收。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā) 明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一稈從污水生物處理過程中進行化學(xué)磷回收的方法，其特征在于，處理步驟如下a．從厭氧池中引出上清液，經(jīng)水量調(diào)節(jié)池進入磷回收化學(xué)反應(yīng)池，達到預(yù)設(shè)容積后，執(zhí)行步驟b；b．在攪拌過程中向化學(xué)反應(yīng)池中曝氣，吹脫CO2氣體，降低水中碳酸鹽濃度，待pH值上升至8.5以上，靜置至固液分離后執(zhí)行步驟c；c．收集化學(xué)反應(yīng)池底泥，經(jīng)脫水、烘干，得到回收到的磷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a中，所述從 厭氧池中引出的上清液的流量為進水流量的15~30%;預(yù)設(shè)容積為磷回收化 學(xué)反應(yīng)池總?cè)莘e的95% 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a之前，還進 一步包括步驟al.判斷預(yù)進行磷回收的污水處理廠采用的是否是生物營養(yǎng)去除BNR 工藝，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行步驟bl;bl.取厭氧上清液分析Ca2+、 Mg2+、 NH4+、 ？043-含量，當Ca2+/P043-的摩爾比大于5/3或Mg^/PC^-的摩爾比大于1時，則執(zhí)行所述步驟a;其 中，所述？043-以P計。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟al中，所述 BNR工藝是包含厭氧、缺氧、好氧處理構(gòu)筑物的任意采用生物方法處理污 水的工藝。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟bl中，判斷 Ca"P(V-的摩爾比是否大于5/3或Mgh/POZ的摩爾比是否大于l,如果是， 則執(zhí)行步驟a;否則，采用投加鈣、鎂化合物回收磷的方法。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b中，調(diào)節(jié)pH 值至8.5以上，使磷酸4丐或磷酸胺鎂自然結(jié)晶、沉淀。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，所述回 收得到的磷為能夠直接用作緩釋肥或能被磷肥工業(yè)用作原料的化合態(tài)磷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從污水生物處理過程中進行化學(xué)磷回收的方法，其主要處理步驟為a.從生物營養(yǎng)物去除(BNR)工藝厭氧池中引出上清液，經(jīng)水量調(diào)節(jié)池進入磷回收化學(xué)反應(yīng)池，達到預(yù)設(shè)容積后，執(zhí)行步驟b；b.在攪拌過程中向化學(xué)反應(yīng)池中曝氣，吹脫CO₂氣體，降低水中碳酸鹽濃度，待pH值上升至8.5以上，靜置至固液分離后執(zhí)行步驟c；c.收集化學(xué)反應(yīng)池底泥，經(jīng)脫水、烘干，得到回收到的磷。采用本發(fā)明能降低被回收磷的成本，同時強化污水BNR工藝中生物除磷效果。
文檔編號C01B25/02GK101362593SQ200710143258
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者仇付國, 吉 戴, 曹亞莉, 郝曉地 申請人:北京建筑工程學(xué)院