CN110015814A - 一种同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置及方法，装置包括依次连通的厌氧池、第一沉淀池、多级诱导结晶柱、硝化池、第二沉淀池、缺氧池、曝气池和第三沉淀池；第二沉淀池的一个排泥口与硝化池的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通；第三沉淀池的一个排泥口与厌氧池的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通；第一沉淀池和缺氧池之间连接有污泥浓缩池，第一沉淀池的排泥口与污泥浓缩池的进泥口连接，污泥浓缩池的排泥口与缺氧池的进泥口连接，污泥浓缩池的出水口与硝化池的进水口连接。通过增加污泥浓缩池，可以提高氨氮去除率；设置多级诱导结晶柱能够增加磷回收率；出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

Description

一种同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置及方法
技术领域
本发明涉及污水处理的装置及方法，尤其涉及一种同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置及方法。
背景技术
目前，水体富营养化现象日趋严重，酸雨、工业废水、化肥农药的使用和生活污水等都含有大量的氮、磷，这都是导致水体富营养化的原因。同时，根据2016年《中国国土资源公报》，2015年末我国已查明的磷矿资源有231.1亿吨，虽然我国磷矿资源较多，但以中、低品位为主，其中P2O5的平均含量为17％～18％，P2O5含量大于30％的富矿仅占总量的8％左右，由于磷矿资源为不可再生资源，在自然循环过程中，除鸟粪、捕鱼等途径之外，磷资源几乎不会再次回到陆地。大部分污水处理厂所采取的污水处理工艺，如A2/O工艺、氧化沟工艺等都存在聚磷菌和反硝化菌对碳源的竞争、自养菌与异养菌污泥龄矛盾以及溶解氧的问题等，国外专家提出双污泥反硝化聚磷工艺可以有效解决上述问题。
虽然现有技术结合双污泥工艺及诱导结晶技术可以实现对污水的有效处理及磷资源的回收，但在实际运行中发现，沉淀池中的污泥含水率较高(99％)，这部分未经处理的污水越过硝化池直接进入缺氧池，而缺氧池之后没有能够对氨氮进行有效去除的构筑物，最终可能会导致出水氨氮含量超标，另外，现有技术采用的单个诱导结晶柱虽然能够对磷进行回收，但容易发生均相沉淀，微晶产率较高，磷回收率不高。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置和方法，本发明可以有效提高氨氮去除率以及磷回收率。
技术方案：本发明所述的同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置，包括依次连通的厌氧池、第一沉淀池、多级诱导结晶柱、硝化池、第二沉淀池、缺氧池、曝气池和第三沉淀池；所述第二沉淀池的一个排泥口与硝化池的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通；所述第三沉淀池的一个排泥口与厌氧池的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通；所述第一沉淀池和缺氧池之间还连接有污泥浓缩池，所述第一沉淀池的排泥口与污泥浓缩池的进泥口连接，所述污泥浓缩池的排泥口与缺氧池的进泥口连接，所述污泥浓缩池的出水口与硝化池的进水口连接。
优选地，所述多级诱导结晶柱由三个诱导结晶柱串联组成，设置多级诱导结晶柱能够减少微晶流失，增加磷回收率。
优选地，所述厌氧池和缺氧池内均设有搅拌桨，可以促进反应迅速发生。
本发明利用上述装置同步实现脱氮除磷和磷资源回收的方法，包括以下步骤：
S1：污水进入厌氧池，厌氧状态下，污泥将碳源以聚-β-羟基丁酸酯的形式贮存在体内，同时发生厌氧释磷；
S2：污水由厌氧池(1)进入第一沉淀池进行泥水分离，一部分上清液进入多级诱导结晶柱回收磷，然后再进入硝化池，另一部分上清液直接进入硝化池，硝化池将上清液中的氨氮转化成硝酸盐；污泥进入污泥浓缩池，水力停留浓缩后，上清液进入硝化池进行氨氮转化，浓缩过的污泥进入缺氧池；
S3：硝化池内的污水进入第二沉淀池进行泥水分离，上清液进入缺氧池，完成吸磷和反硝化，污泥部分回流至硝化池，剩余污泥排出；
S4：污水由缺氧池进入曝气池，曝气池进一步吸磷，然后由曝气池进入第三沉淀池进行泥水分离，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池进行释磷，剩余污泥排出。
本发明在双污泥-诱导结晶磷回收工艺的基础上增加了污泥浓缩池，污泥浓缩池能将污泥含水率从99％降低至97％-98％，体积能够减少一半以上，剩余的上清液就不会直接进入缺氧池，而是先进入硝化池发生硝化反应，氨氮以此得到去除，最终达到高效脱氮的目的。
其中，所述步骤S2中，进入污泥浓缩池的污泥量为进水量的10％～50％，水力停留时间为12～24h，当停留时间小于12h时，污泥浓缩效果不足，污泥含水率较高，当停留时间超过24h时，反硝化聚磷污泥可能会发生水解酸化，不利于缺氧池进行反硝化聚磷。
所述步骤S2中，污泥浓缩池中的污泥进入缺氧池的量为进水量的10％～50％。
所述步骤S2中，进入多级诱导结晶柱的水量为进水量的10％～50％，反应时间为0.5～1h。
投加于所述多级诱导结晶柱内化学药剂为钙盐，优选氯化钙。
投加于所述多级诱导结晶柱内的晶种为方解石或石英砂，粒径为0.1～0.5mm，晶种投加量与诱导结晶柱体积比为30～50g:1L。
所述多级诱导结晶柱内投加的钙与结晶柱中的磷摩尔浓度比为[Ca2+]/[PO4 3-]为1.5:1～3:1。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点是：在双污泥-诱导结晶磷回收工艺的基础上增加了污泥浓缩池，有利于污水中的大部分氨氮在硝化池中得到去除，提高氨氮去除率；设置多级诱导结晶柱能够减少微晶流失，增加磷回收率；出水水质能够直接达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
附图说明
图1是本发明的装置图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的装置包括依次连通的厌氧池1、第一沉淀池2、多级诱导结晶柱8、硝化池3、第二沉淀池4、缺氧池5、曝气池6和第三沉淀池7；其中，厌氧池1的出水口与第一沉淀池2的进水口连接，第一沉淀池2的一个出水口与硝化池3的进水口连接，另一个出水口与多级诱导结晶柱8的进水口连接，多级诱导结晶柱8的出水口与硝化池3的进水口连接，硝化池3的出水口与第二沉淀池4的进水口连接，第二沉淀池4的出水口与缺氧池5的进水口连接，缺氧池5的出水口与曝气池6的进水口连接，曝气池6的出水口与第三沉淀池7的进水口连接，第三沉淀池7的出水口与外界连通。第二沉淀池4的一个排泥口通过第三蠕动泵12与硝化池3的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通，第三沉淀池7的一个排泥口通过第四蠕动泵13与厌氧池1的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通，在第一沉淀池2和缺氧池5之间还连接有污泥浓缩池9，第一沉淀池2的排泥口通过第一蠕动泵10与污泥浓缩池9的进泥口连接，污泥浓缩池9的排泥口通过第二蠕动泵11与缺氧池5的进泥口连接，污泥浓缩池9的出水口与硝化池3的进水口连接。
多级诱导结晶柱8由三个诱导结晶柱串联组成，设置多级诱导结晶柱能够减少微晶流失，增加磷回收率，需要说明的是，诱导结晶柱的串联数目并不仅限于本实施例中的三个，也可以是两个、四个或其他数目，综合考虑磷回收率和使用成本，优选为三个串联。
为了促进反应迅速发生，在厌氧池1内设有厌氧搅拌桨15，在缺氧池5内设有缺氧搅拌桨16。
本发明在双污泥技术和诱导结晶技术结合的基础上，通过增加污泥浓缩池和使用多级诱导结晶柱，可以同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收，具体工艺流程为：
污水进入厌氧池1后，在厌氧搅拌桨15的作用下与从第三沉淀池7回流的反硝化聚磷污泥充分混合，反硝化聚磷污泥吸收水中的有机物，将碳源以聚-β-羟基丁酸酯(Poly-β-Hydroxybutyrate,PHB)的形式存于体内，同时发生厌氧释磷；泥水混合物进入第一沉淀池2进行泥水分离，一部分直接进入硝化池3，另一部分富含氨氮和磷的上清液(约为进水量的10％～50％)进入多级诱导结晶柱8，在化学药剂氯化钙的作用下，在晶种表面进行结晶，形成羟基磷酸钙，实现磷资源的回收，然后再进入硝化池3，硝化池3中的硝化菌将氨氮转化成硝酸盐，为缺氧池5发生反硝化聚磷提供电子受体，同时还能去除一部分的有机物；另外，第一沉淀池2内的污泥进入污泥浓缩池9，水力停留12～24h，污泥的含水率从99％降至97％～98％，本发明污泥浓缩池9中的上清液先进入硝化池3去除氨氮，而不同于现有技术中的污泥越过硝化池3进入缺氧池5，因此本发明污水中的氨氮量已经大大减少，经污泥浓缩池9浓缩过的污泥再经第二蠕动泵11进入缺氧池5，此时进入缺氧池5中的污泥含水率已经降低；硝化池3内的污水进入第二沉淀池4进行泥水分离，上清液进入缺氧池5，污泥部分回流至硝化池3，剩余污泥排出；在缺氧池5中，缺氧搅拌桨16将富含大量PHB的反硝化聚磷菌的污泥与上清液混合完全，反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体，利用存储的碳源发生同步反硝化聚磷，起到一碳双用的作用，从而完成吸磷和反硝化，；缺氧池5内的污水进入曝气池6进一步吸磷，然后由曝气池6进入第三沉淀池7进行泥水分离，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池1进行释磷，剩余污泥排出。
由于厌氧池1发生的是厌氧释磷，因此第一沉淀池2的上清液富含大量的磷，当磷浓度较高时，更有利于发生诱导结晶反应，三个结晶柱为串联，有利于增加磷回收率及减少微晶的流失。每个结晶柱内含有曝气***，通过曝气能够吹脱二氧化碳提高污水pH，同样有利于推动结晶的发生，同时还能够使整个结晶柱呈流态化运行，有助于晶种与液体充分接触。每个结晶柱内投加的化学药剂为氯化钙，钙与结晶柱中的磷摩尔浓度比为[Ca2+]/[PO4 3-]为1.5:1～3:1，投加的晶种为方解石或者石英砂，晶种粒径为0.1～0.5mm，投加量为30～40g/L。整个结晶柱从下到上截面面积逐渐增大，这意味着在流量一定的情况下，流速逐渐减小，有利于晶种的沉淀，而三级的串联方式使得流入下一级结晶柱内的微晶可以作为晶种发生诱导结晶进一步除磷。

Claims (9)

1.一种同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置，包括依次连通的厌氧池(1)、第一沉淀池(2)、多级诱导结晶柱(8)、硝化池(3)、第二沉淀池(4)、缺氧池(5)、曝气池(6)和第三沉淀池(7)；所述第二沉淀池(4)的一个排泥口与硝化池(3)的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通；所述第三沉淀池(7)的一个排泥口与厌氧池(1)的进泥口连接，另一个排泥口和外界连通；其特征在于，所述第一沉淀池(2)和缺氧池(5)之间还连接有污泥浓缩池(9)，所述第一沉淀池(2)的排泥口与污泥浓缩池(9)的进泥口连接，所述污泥浓缩池(9)的排泥口与缺氧池(5)的进泥口连接，所述污泥浓缩池(9)的出水口与硝化池(3)的进水口连接。
2.根据权利要求1所述的同步实现污水脱氮除磷和磷资源回收的装置，其特征在于，所述多级诱导结晶柱(8)由三个诱导结晶柱串联组成。
3.利用权利要求1所述装置同步实现脱氮除磷和磷资源回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：污水进入厌氧池(1)，厌氧状态下，污泥将碳源以聚-β-羟基丁酸酯的形式贮存在体内，同时发生厌氧释磷；
S2：污水由厌氧池(1)进入第一沉淀池(2)进行泥水分离，一部分上清液进入多级诱导结晶柱(8)回收磷，然后再进入硝化池(3)，另一部分上清液直接进入硝化池(3)，硝化池(3)将上清液中的氨氮转化成硝酸盐；污泥进入污泥浓缩池(9)，水力停留浓缩后，上清液进入硝化池(3)进行氨氮转化，浓缩过的污泥进入缺氧池(5)；
S3：硝化池(3)内的污水进入第二沉淀池(4)进行泥水分离，上清液进入缺氧池(5)，完成吸磷和反硝化，污泥部分回流至硝化池(3)；
S4：污水由缺氧池(5)进入曝气池(6)，曝气池(6)进一步吸磷，然后由曝气池(6)进入第三沉淀池(7)进行泥水分离，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池(1)进行释磷，剩余污泥排出。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，进入污泥浓缩池(9)的污泥量为进水量的10％～50％，水力停留时间为12～24h。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，污泥浓缩池(9)中的污泥进入缺氧池(5)的量为进水量的10％～50％。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，进入多级诱导结晶柱(8)的水量为进水量的10％～50％，反应时间为0.5～1h。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，投加于所述多级诱导结晶柱(8)内的化学药剂为钙盐。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，投加于所述多级诱导结晶柱(8)内的晶种为方解石或石英砂，粒径为0.1～0.5mm，晶种投加量与诱导结晶柱体积比为30～50g:1L。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多级诱导结晶柱(8)内投加的钙与结晶柱中的磷摩尔浓度比为[Ca2+]/[PO4 3-]为1.5:1～3:1。
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