CN116395904A - 一种废水中氮磷资源回收利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废水中氮磷资源回收利用的方法，所述方法包含利用活性污泥对废水进行微生物反应，得到中间水的步骤。本发明利用废水在活性污泥作用下发生硫型异化亚硝酸盐还原反应，将硫化物转化为单质硫，将亚硝酸盐转化为氨氮，再投加适量的镁源，与氨氮、磷酸盐发生鸟粪石结晶反应，以收集鸟粪石结晶沉淀的形式，实现了废水中氮磷资源的回收。相对现有技术，本发明的处理时间更短，且无需额外添加氨氮和磷酸盐，极大的降低了处理成本。

Description

一种废水中氮磷资源回收利用的方法
技术领域
本发明属于含氮磷废水处理技术的领域,涉及一种从废水中提取氮磷进行资源化利用的处理方法。
背景技术
磷从陆地向海洋的单向流动使得陆地磷资源保有量逐渐减少，且氮、磷元素在废水中的的超标排放会导致水体富营养化，影响水域的生态环境。因此，如何实现含氮磷废水的有效处理及废水中氮磷资源的可持续利用成为了当下研究的焦点。目前，用于磷回收的方法主要有：化学沉淀法、生物法、吸附法、结晶法。
其中，鸟粪石结晶沉淀法是目前废水处理厂兼顾处理回收氮磷资源的一种方法，这种方法通过控制镁离子、铵离子和磷酸根离子在水中以1:1:1的比例混合，形成鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O)沉淀，实现氮磷去除及回收，所获得的鸟粪石结晶，是一种优质的缓释肥料。
CN111333178A公开了一种碱性污泥发酵强化硝酸盐废水自养脱氮同步磷回收的装置与方法，该装置包括碱性污泥发酵耦合短程反硝反应器和自养脱氮同步磷回收反应器。碱性条件使剩余污泥加快水解产酸，产生小分子有机碳源，并释放大量氨氮和磷；较高pH条件和发酵环境促进反硝化菌利用短链脂肪酸将硝酸盐还原为亚硝酸盐，其与发酵产生的部分氨氮在厌氧氨氧化菌的作用下得到去除，剩余氨氮与发酵释放的磷以鸟粪石结晶沉淀的形式得到分离和回收；另一方面，形成的沉淀有助于厌氧氨氧化菌颗粒化生长与富集。本发明利用新型短程反硝化与厌氧氨氧化耦合脱氮工艺同步去除污泥和污水中氮素污染物、实现氮、磷资源回收，具有重要的经济和环境效益。
CN115634665A公开了一种养殖废水的资源化处理方法，属于污水处理技术领域；该方法包括以下步骤：S1、将养殖废水进行厌氧发酵处理后，固液分离，收集液相，制得厌氧发酵废水；S2、将镁源、吸附剂添加至所述厌氧发酵废水中结晶，固液分离，收集得鸟粪石；收集液相为结晶后废水；S3、将所述结晶后废水进行电解处理；所述吸附剂包括以下制备原料：生物质原料、氧化石墨烯和铁源。本发明的资源化处理方法中，利用吸附剂本身的吸附作用，初步实现对氨氮和磷酸根的吸附；在吸附的同时，镁源中镁离子、氨氮和磷酸根会结合形成鸟粪石，从而实现了养殖废水中氨氮和磷元素的资源化。
但由于鸟粪石结晶品位低、直接采用鸟粪石结晶沉淀法回收氮磷资源依赖铵盐和镁盐等试剂的投入，使得鸟粪石结晶法的产量与成本难以匹配，不利于鸟粪石结晶法在废水中氮磷资源回收方面的使用，也难以兼顾其他氮源形式的氮资源与磷资源的回收。
因此，如何兼顾废水中氮磷资源回收、提高氮磷资源回收效率并降低氮磷资源回收的成本，是本领域技术人员的研究的热点问题。
发明内容
术语解释：
MLSS是指废水和活性污泥的混合液体的悬浮固体浓度。
HRT是指水力停留时间。
mg S/L的含义为每升液体中所含有S元素的毫克数。
mg N/L的含义为每升液体中所含有N元素的毫克数。
mg P/L的含义为每升液体中所含有P元素的毫克数。
S/N为废水中硫元素与氮元素摩尔量的比例。
本发明的目的是提供一种废水中氮磷资源回收利用的方法，以解决现有技术中存在的问题，将废水中的氮磷资源回收利用，降低氮磷资源回收过程中的成本。
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供了一种废水中氮磷资源回收利用的方法。
为实现以上的目的，本发明提供的技术方案如下：
一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含利用活性污泥对废水进行微生物反应，得到中间水的步骤；
其中，活性污泥的菌株包含Sulfurovum和Vulcanibacillus。
优选地，所述Sulfurovum的相对丰度达到60％以上，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值为10-25；进一步优选为18-23。
本发明的活性污泥中的菌株还包括Hydrogenispora和/或Desulfocapsa，其相对丰度均达到5％以上。
优选地，所述的活性污泥的MLSS为3-5g/L；进一步优选为3-4g/L；最优选为3.5g/L。
优选地，所述的废水中硫化物的浓度为82.74-564.67mg S/L；亚硝酸盐的浓度为18.36-145.10mg N/L；磷酸盐的浓度为20.0-227.9mg P/L。
优选地，所述的废水中S/N比为1.5-2.1；进一步优选为1.5-1.8；最优选为1.6-1.7。
优选地，所述微生物反应的反应条件为：pH为6.5-7.5，水力停留时间为0.5-15h，温度为25±2℃。
进一步优选地，所述微生物反应的反应条件为：pH为6.9-7.4，水力停留时间为13-14h。
本发明的技术方案还包括如下步骤：向所述的中间水中加入镁源发生结晶反应，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水。
优选地，所述镁源，包含氯化镁、硫酸镁和氧化镁中的至少一种。
优选地，所述结晶反应的条件为：Mg/P比为1.2-1.5，pH为9.0-9.5，反应时间为20-35min。
具体地，本发明的废水中氮磷资源回收利用的方法，包括如下步骤：
(1)利用活性污泥对废水进行微生物反应，得到中间水；
(2)向步骤(1)得到的中间水中加入镁源发生结晶反应，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过微生物反应，使废水中的亚硝酸盐经过硫型异化亚硝酸盐还原成氨氮，可以为后续鸟粪石结晶的形成提供大量氨氮，降低了化学成本；
本发明通过微生物反应，利用废水所含的硫化物作为异化亚硝酸盐还原过程的电子供体，并促进短程反硝化过程的发生，提高废水中的氮元素的处理效率；
本发明通过微生物反应，利用硫型异化亚硝酸盐还原反应产物中所含的单质硫作为鸟粪石晶核，提高了生成鸟粪石结晶化学反应的速度；
本发明利用废水在活性污泥作用下发生硫型异化亚硝酸盐还原反应，将硫化物转化为单质硫，将亚硝酸盐转化为氨氮，再投加适量的镁源，与氨氮、磷酸盐发生鸟粪石结晶反应，以收集鸟粪石结晶沉淀的形式，实现了废水中氮磷资源的回收。相对现有技术，本发明的处理时间更短，且无需额外添加氨氮和磷酸盐，极大的降低了处理成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；且不同来源产品性能不具有显著性影响。
活性污泥取自城镇污水处理厂的好氧池，污水处理厂的污水为城镇生活废水，COD约为300-800mg/L，BOD5约为200-600mg/L，氨氮约为30-50mg/L，磷酸盐约为8-12mg/L，工艺为A2/O工艺，HRT为20天，污泥负荷为：0.05-0.2kgBOD5/kgMLVSS。
实施例1
一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含以下步骤：
(1)活性污泥培养：
使用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，采用连续进水方式对厌氧污泥进行驯化，硫化物和亚硝酸盐以Na2S·9H2O和NaNO2形式提供。进水硫化物浓度从80mg S/L增加到400mgS/L，根据S/N为1.5添加亚硝酸盐。HRT固定在13.33小时，pH值控制在7.0±0.1，温度控制在25±2℃。经过40d的驯化，得到活性污泥。
所述活性污泥中Sulfurovum的相对丰度达到60％，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值为10。
(2)中间水处理：
向步骤(1)得到的活性污泥中注入待处理废水进行微生物反应，得到中间水；
其中，待处理废水中硫化物的浓度为564.67mg S/L；亚硝酸盐的浓度为145.10mgN/L；磷酸盐的浓度为227.9mg P/L；硫化物与亚硝酸盐中的S/N比为1.7；
所述微生物反应的条件为：MLSS为3g/L，pH为7.5，水力停留时间HRT为15h，温度25±2℃。
对中间水进行水质检测，结果显示亚硝酸盐去除率可达到98.3％，氨氮产量在47.60mg/L。
(3)鸟粪石结晶沉淀：按Mg/P比1.5，向步骤(2)得到的中间水加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为9.5，温度控制在25±2℃，反应时间为35min，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水；
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为22.57％。
实施例2
一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含以下步骤：
(1)活性污泥培养：
使用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，采用连续进水方式对厌氧污泥进行驯化，硫化物和亚硝酸盐以Na2S·9H2O和NaNO2形式提供。进水硫化物浓度从80mg S/L增加到600mgS/L，根据S/N为2.1添加亚硝酸盐。HRT固定在13.33小时，pH值控制在7.0±0.1，温度控制在25±2℃。经过40d的驯化时间，得到活性污泥。
所述活性污泥中Sulfurovum的相对丰度达到63％，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值为25。
(2)中间水处理：
向步骤(1)得到的活性污泥中注入待处理废水进行微生物反应，得到中间水；
其中，待处理废水中硫化物的浓度为82.74mg S/L；亚硝酸盐的浓度为22.57mg N/L；磷酸盐的浓度为20mg P/L；硫化物与亚硝酸盐中的S/N比为1.6；
所述微生物反应的条件为：MLSS为5g/L，pH为7.0，水力停留时间HRT为0.5h，温度25±2℃。
对中间水进行水质检测，结果显示亚硝酸盐去除率可达到100％，氨氮产量在8.24mg/L。
(3)鸟粪石结晶沉淀：
按Mg/P比1.5，向步骤(2)得到的中间水加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为9.5，温度控制在25±2℃，反应时间为35min，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水；
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为28.20％。
实施例3
一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含以下步骤：
(1)活性污泥培养：
使用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，采用连续进水方式对厌氧污泥进行驯化，硫化物和亚硝酸盐以Na2S·9H2O和NaNO2形式提供。进水硫化物浓度从80mg S/L增加到480mgS/L，根据S/N为1.7添加亚硝酸盐。HRT固定在5小时，pH值控制在7.0±0.1，温度控制在25±2℃。经过40d的驯化时间，得到活性污泥。
所述活性污泥中Sulfurovum的相对丰度达到67％，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值为15；Hydrogenispora和Desulfocapsa的相对丰度分别为5.93％、5.32％。
(2)中间水处理：
向步骤(1)得到的活性污泥中注入待处理废水进行微生物反应，得到中间水；
其中，待处理废水中硫化物的浓度为218.46mg S/L；亚硝酸盐的浓度为59.70mgN/L；磷酸盐的浓度为42.19mg P/L；硫化物与亚硝酸盐中的S/N比为1.6；
所述微生物反应的条件为：MLSS为4g/L，pH为6.5，水力停留时间HRT为14h，温度25±2℃。
对中间水进行水质检测，结果显示亚硝酸盐去除率可达到100％，氨氮产量在14.69mg/L。
(3)鸟粪石结晶沉淀：
按Mg/P比1.5，向步骤(2)得到的中间水加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为9.5，温度控制在25±2℃，反应时间为35min，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水；
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为24.50％。
实施例4
一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含以下步骤：
(1)活性污泥培养：
使用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，采用连续进水方式对厌氧污泥进行驯化，硫化物和亚硝酸盐以Na2S·9H2O和NaNO2形式提供。进水硫化物浓度从80mg S/L增加到500mgS/L，根据S/N为2.0添加亚硝酸盐。HRT固定在5小时，pH值控制在7.0±0.1，温度控制在25±2℃。经过40d的驯化时间，得到活性污泥。
所述活性污泥中Sulfurovum的相对丰度达到65％，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值为23；Hydrogenispora和Desulfocapsa的相对丰度分别为5.12％、5.76％。
(2)中间水处理：
向步骤(1)得到的活性污泥中注入待处理废水进行微生物反应，得到中间水；
其中，待处理废水中硫化物的浓度为312.10mg S/L；亚硝酸盐的浓度为90.54mgN/L；磷酸盐的浓度为162.05mg P/L；硫化物与亚硝酸盐中的S/N比为1.5；
所述微生物反应的条件为：MLSS为3.5g/L，pH为7.35，水力停留时间HRT为13.33h，温度25±2℃。
对中间水进行水质检测，结果显示亚硝酸盐去除率可达到91％，氨氮产量在29.70mg/L。
(3)鸟粪石结晶沉淀：
按Mg/P比1.2，向步骤(2)得到的中间水加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为9.0，温度控制在25±2℃，反应时间为20min，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水；
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为23.97％。
实施例5
一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含以下步骤：
(1)活性污泥培养：
使用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，采用连续进水方式对厌氧污泥进行驯化，硫化物和亚硝酸盐以Na2S·9H2O和NaNO2形式提供。进水硫化物浓度从80mg S/L增加到560mgS/L，根据S/N为1.8添加亚硝酸盐。HRT固定在5小时，pH值控制在7.0±0.1，温度控制在25±2℃。经过40d的驯化时间，得到活性污泥。
所述活性污泥中Sulfurovum的相对丰度达到61％，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值为18；Hydrogenispora和Desulfocapsa的相对丰度分别为5.89％、6.56％。
(2)中间水处理：
向步骤(1)得到的活性污泥中注入待处理废水进行微生物反应，得到中间水；
其中，待处理废水中硫化物的浓度为87.40mg S/L；亚硝酸盐的浓度为18.36mg N/L；磷酸盐的浓度为20mg P/L；硫化物与亚硝酸盐中的S/N比为2.1；
所述微生物反应的条件为：MLSS为4.5g/L，pH为7.29，水力停留时间HRT为13h，温度25±2℃。
对中间水进行水质检测，结果显示亚硝酸盐去除率可达到100％，氨氮产量在3.51mg/L。
(3)鸟粪石结晶沉淀：
按Mg/P比1.5，向步骤(2)得到的中间水加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为9.5，温度控制在25±2℃，反应时间为35min，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水；
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为12.50％。
对比例1一种废水中氮磷资源回收利用的方法
本对比例与实施例1的区别在于：活性污泥的培养方式不同，具体为：
(1)活性污泥培养：
使用膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，采用连续进水方式对厌氧污泥进行驯化，硫化物和亚硝酸盐以Na2S·9H2O和NaNO2形式提供。进水硫化物浓度从80mg S/L增加到800mgS/L，根据S/N为3.0添加亚硝酸盐。HRT固定在15小时，pH值控制在7.6±0.1，温度控制在25±2℃。经过40d的驯化时间，得到活性污泥。
活性污泥菌株的种类及相对丰度不同。具体为Sulfurovum(28.55％)、Sulfurimonas(36.81％)、Vulcanibacillus(6.15％)。
中间水的检测指标：亚硝酸盐去除率为100％，但无氨氮产生。
对比例2一种废水中氮磷资源回收利用的方法
本对比例与实施例1的区别在于：微生物反应的条件不同，具体为：MLSS为2.5g/L，微生物反应的pH为8.2，水力停留时间为16h。
中间水的检测指标：亚硝酸盐去除率为89.8％，氨氮产量为3.23mg/L。
对比例3一种废水中氮磷资源回收利用的方法
本对比例与实施例1的区别在于：废水中硫化物与亚硝酸盐的浓度不同；S/N不同，具体为：硫化物的浓度为478.05mg S/L；亚硝酸盐的浓度为145.10mg N/L，S/N＝1.44。
中间水的检测指标：亚硝酸盐去除率为88.1％，氨氮产量为14.61mg/L。
对比例4一种废水中氮磷资源回收利用的方法
本对比例与实施例3的区别在于：步骤(3)中的中间水经过滤处理去除单质硫。具体为：
步骤(3)鸟粪石结晶沉淀：将步骤(2)得到的中间水经0.45μm滤膜去除单质硫后，再按Mg/P比1.2，加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为9.0，温度控制在25±2℃，反应时间为20min，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水。
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为7.50％。
对比例5一种废水中氮磷资源回收利用的方法
本对比例与实施例3的区别在于：步骤(3)中结晶反应条件不同，具体为：以Mg/P比为1.1向步骤(2)得到的中间水加入氯化镁发生结晶反应，调节pH为8.8，反应时间为40min。
经检测，净化后废水的指标：磷去除率为15.62％。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种废水中氮磷资源回收利用的方法，包含利用活性污泥对废水进行微生物反应，得到中间水的步骤，其特征在于,活性污泥的菌株包括Sulfurovum和Vulcanibacillus。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Sulfurovum的相对丰度达到60％以上，Sulfurovum和Vulcanibacillus的相对丰度比值在10-25之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性污泥的MLSS为3-5g/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水中硫化物的浓度为82.74-564.67mg S/L；亚硝酸盐的浓度为18.36-145.10mg N/L；磷酸盐的浓度为20.0-227.9mg P/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水中S/N比为1.5-2.1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物反应的条件为：pH为6.5-7.5，水力停留时间为0.5-15h，温度为25±2℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：向所述的中间水加入镁源进行结晶反应，得到鸟粪石结晶沉淀和净化后废水。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述镁源为氯化镁、硫酸镁和氧化镁中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述结晶反应条件为：Mg/P比为1.2-1.5，pH为9.0-9.5，反应时间为20-35min。
10.根据权利1-9任一项所述的方法在废水净化及废水中氮磷资源回收中的应用。
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