專利名稱:城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及的是一種污水處理工藝,尤其涉及的是一種城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮 及磷資源高效回收工藝。
背景技術:
目前我國水污染問題日趨嚴重,湖泊總氮、總磷嚴重超標導致富營養(yǎng)化問題突出。 現(xiàn)有大部分污水處理廠采用傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝,難以實現(xiàn)脫氮除磷效率的同步提 高。針對氮磷去除效率無法進一步提高的問題,國外學者提出了新型的生物處理工藝,如雙 污泥反硝化除磷工藝。該工藝解決了傳統(tǒng)工藝中存在的碳源競爭和泥齡矛盾等問題。目前 在反硝化聚磷菌代謝模型、工藝的影響因素、反硝化除磷微生物特性等方面都有具有指導 意義的研究成果報道,推動了該工藝的研究和工程應用。然而,雙污泥反硝化除磷工藝面臨 著實際應用時進水中氮和磷的比例很難恰好滿足缺氧攝磷的要求。另一方面,磷是一種寶貴的資源,磷礦已成為2010年后不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需 要的20種礦產(chǎn)之一。因此,將污水中的磷進行回收再利用,不僅對控制水體富營養(yǎng)化產(chǎn)生 積極效果,而且能夠實現(xiàn)磷資源的可持續(xù)循環(huán)利用。誘導結晶除磷法可以實現(xiàn)磷的回收。結 晶磷回收過程不產(chǎn)生附加污泥,結晶產(chǎn)物易于分離,純度較高。結晶磷回收系統(tǒng)與反硝化除 磷工藝結合尚屬首次,兩者結合具有獨特的優(yōu)勢。
發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足,提供了一種城鎮(zhèn)污水反硝化 除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,使其兼有高效脫氮除磷和磷資源回收功能。技術方案本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的,本發(fā)明包括以下步驟(1)污水進 入?yún)捬醭?,厭氧狀態(tài)下,污泥將碳源以聚-β-羥基丁酸酯的形式貯存在體內,同時釋放出 磷;(2)污水進入第一沉淀池進行泥水分離,污泥超越硝化池進入缺氧池,上清液一部 分進入誘導結晶反應器,完成除磷后再進入硝化池,另一部分上清液直接進入硝化池,硝化 池將上清液中的氨氮轉化成硝酸鹽;(3)硝化池內的污水進入第二沉淀池進行泥水分離,上清液進入缺氧池,完成吸磷 和反硝化,污泥部分回流至硝化池,剩余污泥排出;(4)污水由缺氧池進入曝氣池,然后由曝氣池進入終沉池進行泥水分離后,上清液 排出,污泥部分回流至厭氧池,剩余污泥排出。所述缺氧池的出水口和終沉池的進水口之間設有曝氣池,曝氣池進行曝氣吹脫, 滿足少量吸磷和污泥再生,保證出水質量。所述厭氧池的進水口上設有高位水箱,高位水箱和污水入口相連,使得污水順利 進入污水處理系統(tǒng)。所述硝化池上設有曝氣裝置,方便將氨氮轉化為硝酸鹽,為后續(xù)的缺氧環(huán)境提供電子受體。所述厭氧池內設有厭氧攪拌槳,促進反應迅速發(fā)生。所述缺氧池內設有缺氧攪拌槳,促進反應迅速發(fā)生。所述誘導結晶反應器包括主反應區(qū)、過渡區(qū)和沉淀區(qū),其中主反應區(qū)、過渡區(qū)和 沉淀區(qū)依次相連,主反應區(qū)、過渡區(qū)和沉淀區(qū)的直徑依次增大,主反應區(qū)上設有進水口、進 藥口、進氣口和取樣口,沉淀區(qū)上設有出水口。所述步驟(2)中,進入誘導結晶反應器的水量為進水量的10%-50%,誘導結晶反 應器內的反應時間為10min-50min,反應結束后靜置IOmin 30min。所述誘導結晶反應器內沉淀劑為鈣鹽,優(yōu)選為氯化鈣。所述誘導結晶反應器內晶種為石英砂或方解石,粒徑為0. Imm 0. 5mm。有益效果1、與傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點解決了硝化菌 與除磷菌的泥齡矛盾的問題;最大程度地將污水中碳源用于反硝化,既充分利用了碳源,又 節(jié)省了曝氣部分的能源消耗;逆流封閉式反硝化,從根本上解決了回流液反硝化效率低的 弊?。粚崿F(xiàn)了高效高品質回收磷資源。2、與單純的雙污泥生物除磷工藝相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點由于增加了磷的化 學出口,可以保持相對長的污泥齡,從而減少了污泥排放量;誘導結晶反應器彌補了雙污泥 技術實際應用時進水中氮和磷的比例很難恰好滿足缺氧攝磷的要求;在進水N/P (氮/磷) 變化較大時,可在保證生物系統(tǒng)正常運行的條件下調節(jié)進入誘導結晶反應器流量與進水流 量之比,由此調節(jié)結晶除磷以及反硝化除磷的在系統(tǒng)中脫氮除磷比例,維持和加強系統(tǒng)脫 氮除磷效果。3、與傳統(tǒng)的生物脫氮除磷和化學除磷結合的技術相比,雙污泥技術與誘導結晶技 術相結合有著獨特的優(yōu)勢厭氧池中反硝化聚磷污泥可最大程度發(fā)揮吸附進水中有機物及 釋磷潛能,一方面提高了厭氧上清液含磷量,利于化學單元的磷回收,另一方面為反硝化聚 磷過程提供了碳源,提高了脫氮除磷效率。
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖;圖2是誘導結晶反應器的結構示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明,本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1所示,本實施例包括厭氧池2、第一沉淀池3、誘導結晶反應器4、硝化池5、 第二沉淀池6、缺氧池7和終沉池8,其中厭氧池2的出水口和第一沉淀池3的進水口相 連,第一沉淀池3的出水口和硝化池5的進水口相連,硝化池5的出水口和第二沉淀池6的 進水口相連,第二沉淀池6的出水口和缺氧池7的進水口相連,缺氧池7的出水口和終沉池 8的進水口相連,誘導結晶反應器4的進水口設于第一沉淀池3的出水口或者第二沉淀池6 的出水口上,終沉池8的一個排泥口通過第一蠕動泵9和厭氧池2的進泥口相連,終沉池8的另一個排泥口和外界連通,第一沉淀池3的排泥口通過第二蠕動泵10和缺氧池7的進泥 口相連,第二沉淀池6的一個排泥口通過第三蠕動泵11和硝化池5的進泥口相連,第二沉 淀池6的另一個排泥口和外界連通。缺氧池7的出水口和終沉池8的進水口之間設有曝氣池12,曝氣池12上設有曝氣 裝置,進行曝氣吹脫,滿足少量吸磷和污泥再生,保證出水質量。厭氧池2的進水口上設有高位水箱1,高位水箱1和污水入口相連,使得污水順利 進入污水處理系統(tǒng)。硝化池5上設有曝氣裝置,方便將氨氮轉化為硝酸鹽,為后續(xù)的缺氧環(huán)境提供電 子受體。曝氣裝置包括曝氣泵13和曝氣頭14,曝氣頭14和曝氣泵13相連,曝氣泵13設于 反應池外,曝氣頭14設于反應池內。厭氧池2內設有厭氧攪拌槳15,促進反應迅速發(fā)生。缺氧池7內設有缺氧攪拌槳16,促進反應迅速發(fā)生。如圖2所示,所述誘導結晶反應器4包括主反應區(qū)17、過渡區(qū)18和沉淀區(qū)19,其 中主反應區(qū)17、過渡區(qū)18和沉淀區(qū)19依次相連,主反應區(qū)17、過渡區(qū)18和沉淀區(qū)19的 直徑依次增大,主反應區(qū)17上設有進水口 20、進藥口 21、進氣口 22和取樣口 23,沉淀區(qū)19 上設有出水口對。進水口 20用于上清液進入誘導結晶反應器4 ;進藥口 21用于沉淀劑的進 入;進氣口 22用于進氣和曝氣;出水口對用于除磷后凈水排出。在主反應區(qū)17中的污水 中的磷主要以難溶磷酸鹽形式結晶在晶種上得以去除,在過渡區(qū)18由于反應器直徑增大, 使大部分晶種沉淀回到主反應區(qū)17,同時在本反應區(qū)內還將利用由主反應區(qū)17進入的細 小晶核進行再次誘導結晶,進一步除磷,在沉淀區(qū)19將沉淀分離過渡區(qū)進入的細小晶粒, 使出水澄清。所述誘導結晶反應器4內的反應時間為10min-50min。所述誘導結晶反應器4內沉淀劑為鈣鹽,沉淀劑由進藥口 21輸入誘導結晶反應器 4內,優(yōu)選為氯化鈣。所述誘導結晶反應器4內晶種為石英砂或方解石,粒徑為0. lmm-0. 5mm。本工藝將雙污泥技術和誘導結晶技術相結合,包括以下步驟(1)污水進入?yún)捬?池2,厭氧狀態(tài)下,污泥將碳源以聚- β -羥基丁酸酯的形式貯存在體內,同時釋放出磷;(2)污水進入第一沉淀池3進行泥水分離,污泥超越硝化池5進入缺氧池7,上清 液一部分進入誘導結晶反應器4,完成除磷后再進入硝化池5,另一部分上清液直接進入硝 化池5,硝化池5將上清液中的氨氮轉化成硝酸鹽,進入誘導結晶反應器4的上清液的水量 為進水量的10% -50% ;(3)硝化池5內的污水進入第二沉淀池6進行泥水分離,上清液進入缺氧池7,完 成吸磷和反硝化,污泥部分回流至硝化池5,剩余污泥排出;(4)污水由缺氧池7進入曝氣池12,然后由曝氣池12進入終沉池8進行泥水分離 后,上清液排出,污泥部分回流至厭氧池2,剩余污泥排出。其中厭氧池2、缺氧池7、曝氣 池12和第一沉淀池3組成反硝化除磷污泥系統(tǒng),硝化池5和第二沉淀池6組成硝化污泥系 統(tǒng),兩個污泥系統(tǒng)相互獨立,僅發(fā)生上清液交換,從終沉池8向厭氧池2的污泥回流量和從 第一沉淀池3向缺氧池7的污泥越流量控制為進水流量的30% 50%。誘導結晶反應器4為整個系統(tǒng)增加了磷的化學出口,誘導結晶反應器4協(xié)調硝酸鹽電子受體與聚磷量之間的 關系,保證出水質量,同時磷結晶于晶種上形成類磷礦石磷回收產(chǎn)品,磷的回收率可通過富 磷上清液進入結晶單元的比率來調節(jié),即便在啟動初期,富磷上清液磷濃度相對較低的情 況下,通過增加結晶單元進水比率,仍能獲得較高回收率。本實施例工作時,如誘導結晶反應器4位于第一沉淀池3之后,則污水進入?yún)捬醭?2進行厭氧釋磷在厭氧狀態(tài)下,來自終沉池8的反硝化聚磷污泥將碳源主要以聚-β -羥 基丁酸酯(Poly-ii-Hydroxybutyrate,PHB)的形式貯存在體內,同時釋放出磷,在沉淀池 中進行泥水分離,一部分富含氨氮和磷的上清液(約為進水量的10% 50% )進入誘導結 晶反應器4,另一部分直接進入硝化池5 ;進入誘導結晶反應器4的上清液,在一定的投藥量 下,在晶種表面進行結晶,形成羥基磷酸鈣,實現(xiàn)磷資源的回收;硝化池5將氨氮轉化成硝 酸鹽,為后續(xù)的缺氧環(huán)境提供電子受體;第一沉淀池3中沉淀下來的貯存有大量PHB的反硝 化聚磷污泥超越硝化池5進入后續(xù)的缺氧環(huán)境中,以硝酸鹽作為電子受體,氧化在厭氧環(huán) 境下合成的大量PHB,完成吸磷并同時進行反硝化;曝氣池12進行曝氣吹脫,少量吸磷和污 泥再生,進一步保證優(yōu)質的出水水質;最后經(jīng)終沉池8進行泥水分離,污泥部分回流至厭氧 池2,剩余污泥排出。如誘導結晶反應器4位于第二沉淀池6之后則污水進入?yún)捬醭?進行厭氧釋磷, 在沉淀池中進行泥水分離;硝化池5將氨氮轉化成硝酸鹽,在硝化沉淀池中進行泥水分離 后,一部分上清液進入誘導結晶反應器4進行結晶,另一部分直接進入缺氧池7 ;第一沉淀 池3中的反硝化聚磷污泥超越硝化池5進入缺氧池7進行反硝化除磷;曝氣池12進行曝氣 吹脫,少量吸磷和污泥再生;最后經(jīng)終沉池8進行泥水分離,污泥部分回流至厭氧池2,剩余 污泥排出。富磷液由進水管進入誘導結晶反應器4通過曝氣的方式將pH提高到8左右,以達 到結晶反應需要的條件,沉淀劑由進藥口 21進入。誘導結晶反應器4的主反應區(qū)17的底端設進氣口 22,進氣口 22和曝氣裝置相連, 通過曝氣實現(xiàn)反應器內晶種的流態(tài)化,同時也可以不斷吹脫水中二氧化碳維持反應器較高 PH,在主反應區(qū)17內污水中的磷主要以難溶酸鹽形式結晶在晶種上得以去除,在過渡區(qū)18 由于直徑增大,使大部分晶種沉淀回到主反應區(qū)17,同時在過渡區(qū)18內還將利用由主反應 區(qū)17進入的細小晶核進行再次誘導結晶,進一步除磷,在沉淀區(qū)19將沉淀分離過渡區(qū)18 進入的細小晶體,使出水澄清。使用本工藝處理模擬生活污水,進行了約一個月的跟蹤試驗,處理水量為15L/h, 水質為進水COD (化學需氧量)為152-237mg · TP (總磷量)為3. 92-7. 68mg · L—1。結 晶反應器中,以粒徑為0. 15mm的方解石作為晶種,投加氯化鈣溶液作為化學除磷藥劑,進 藥流量與進水流量之比為1 10,[Ca2+]/[P043_]為1.5 1-3 1,進入誘導結晶反應器4 的厭氧上清液的比例為33. 3%時,出水COD為8. 6-17mg · Λ TP為0. 05-0. 50mg · Λ COD 和TP平均去除率分別為93.2%、71.2%和95.7%。結晶除磷效率(即誘導結晶反應器4 磷去除量占結晶柱進水磷含量的比值)平均約為58.6%。使用本工藝,以某污水處理廠沉砂池出水作為原水,進行了約兩個月的跟蹤試驗。 進水 COD 為 7;3mg/L-181mg/L,平均為 115mg/L,出水 COD 穩(wěn)定在 12. lmg/L-39mg/L,平均為 22. lmg/L ;進水氨氮13. 9mg/L_30. 9mg/L,均值為24. 7mg/L,出水氨氮平均值為2. 73mg/L,平均去除率為 89. 2% ;進水 TP 為 1. 03mg/L-2. 87mg/L,出水 TP 為 0. 05mg/L_0· 4mg/L,平均 為0. 19mg/L, TP平均去除率達到了 89. 9%0 本工藝處理生活污水時,出水可直接達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》 GB18918-2002—級A標準,不需要深度處理。不僅具有很高的除磷脫氮效率,磷資源高效回 收也充分體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展理念。
權利要求
1.一種城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在于,包括以下步驟(1)污水進入?yún)捬醭?),厭氧狀態(tài)下,污泥將碳源以聚-β-羥基丁酸酯的形式貯存在 體內,同時釋放出磷;(2)污水進入第一沉淀池C3)進行泥水分離,污泥超越硝化池( 進入缺氧池(7),上 清液一部分進入誘導結晶反應器G),完成除磷后再進入硝化池(5),另一部分上清液直接 進入硝化池(5),硝化池( 將上清液中的氨氮轉化成硝酸鹽;(3)硝化池(5)內的污水進入第二沉淀池(6)進行泥水分離,上清液進入缺氧池(7), 完成吸磷和反硝化,污泥部分回流至硝化池(5),剩余污泥排出;(4)污水由缺氧池(7)進入曝氣池(12),然后由曝氣池(1 進入終沉池(8)進行泥水 分離后,上清液排出,污泥部分回流至厭氧池( ,剩余污泥排出。
2.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述硝化池( 上設有曝氣裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述厭氧池O)內設有厭氧攪拌槳(15)。
4.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述缺氧池(7)內設有缺氧攪拌槳(16)。
5.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述誘導結晶反應器(4)包括主反應區(qū)(17)、過渡區(qū)(18)和沉淀區(qū)(19),其中主反應 區(qū)(17)、過渡區(qū)(18)和沉淀區(qū)(19)依次相連,主反應區(qū)(17)、過渡區(qū)(18)和沉淀區(qū)(19) 的直徑依次增大,主反應區(qū)(17)上設有進水口(20)、進藥口(21)、進氣口 0 和取樣口 (23),沉淀區(qū)(19)上設有出水口 (24) 0
6.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述步驟O)中,進入誘導結晶反應器的水量為進水量的10% _50%,誘導結晶反 應器內的反應時間為10min-50min。
7.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述誘導結晶反應器內沉淀劑為鈣鹽。
8.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述誘導結晶反應器內晶種為石英砂或方解石,粒徑為0. lmm-0. 5mm。
9.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征在 于所述步驟( 和步驟(4)中,從終沉池(8)向厭氧池( 的污泥回流量和從第一沉淀池 (3)向缺氧池(7)的污泥越流量為進水流量的30% 50%。
10.根據(jù)權利要求1所述的城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,其特征 在于所述誘導結晶反應器(4)設于第二沉淀池(6)之后。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城鎮(zhèn)污水反硝化除磷脫氮及磷資源高效回收工藝,包括以下步驟污水進入?yún)捬醭兀晃鬯M入第一沉淀池進行泥水分離,污泥超越硝化池進入缺氧池,上清液一部分進入誘導結晶反應器,完成除磷后再進入硝化池,另一部分上清液直接進入硝化池,硝化池將上清液中的氨氮轉化成硝酸鹽;硝化池內的污水進入第二沉淀池進行泥水分離,上清液進入缺氧池,完成吸磷和反硝化,污泥部分回流至硝化池,剩余污泥排出;污水由缺氧池進入曝氣池,然后由曝氣池進入終沉池進行泥水分離后,上清液排出,污泥部分回流至厭氧池,剩余污泥排出。本工藝處理后出水直接達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準一級A標準,有很高的除磷脫氮效率。
文檔編號C02F9/14GK102092898SQ201010603909
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者史靜, 呂錫武, 徐微, 朱光燦 申請人:東南大學