CN210974184U - 一种污水厂二级出水中磷的回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种污水厂二级出水中磷的回收装置，包括顺次连通的强制团聚结晶器、沉淀池和过滤池；所述强制团聚结晶器上设有进水口、钙盐投入口、碱液投入口以及HAP晶种投放口；强制团聚结晶器内生成的结晶产物HAP随上升水流进入所述沉淀池，经所述沉淀池去除结晶产物HAP后的上清液进入过滤池。本实用新型具有结构简单，对低磷浓度适应性强、除磷效果稳定、运行成本低、磷回收利用率高、回收利用价值高的显著特点。

Description

一种污水厂二级出水中磷的回收装置

技术领域

本实用新型属于污水磷回收技术领域，尤其涉及一种污水厂二级出水中磷的回收装置。

背景技术

为全面遏制水环境污染，控制水体富营养化，自2006年开始，我国开始全面开展污水厂提标改造，将出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B提升至一级A，其中磷是核心控制指标。一级B和一级A标准中磷的限值分别为1.0mg/L和0.5mg/L。

目前我国很多城市污水厂都建设了深度除磷单元，其中，在二沉池之后增设“混凝+沉淀+过滤”工艺的物化深度除磷技术是主流技术方案。实践表明，物化深度除磷技术除磷效果显著，出水总磷(TP)含量完全满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，甚至稳定在《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅳ类限值0.3mg/L以下。

但物化深度除磷技术存在的弊端同样明显：一是需要投加大量的铝系或铁系混凝剂，化学污泥产量高，造成水处理运行成本和污泥处理处置成本增加；二是难以对污水中的磷进行资源化利用。而磷在全球是单向循环资源，目前全球面临严重的磷资源危机，在此背景下，如何对磷进行回收利用是污水厂深度除磷中应重点考虑的问题。因此，污水厂迫切需要对已建物化深度除磷工艺进行改造，全面回收污水中的磷，实现含磷化学污泥的零排放。

诱导结晶除磷技术在含磷污水的处理与资源化利用中应用广泛，已被证实能够回收污水中大部分磷，同时结晶过程中无需投加混凝剂，不会产生化学污泥。诱导结晶除磷技术在城市污水厂中也有应用，如中国发明专利(CN 105540770 A)公布了一种磁诱导结晶去除及回收污水中磷的方法及装置，用于去除及回收污泥脱水滤液和污泥硝化液中磷，可以将磷浓度在5.9～60mg/L之间的脱水滤液和硝化液中的磷降至0.66～3.2mg/L之间；中国发明专利(CN 104973723 A)公布了一种诱导结晶磷回收的装置及方法，采用方解石作为晶种诱导污水中的磷以羟基磷酸钙(HAP)晶体形式回收，其进水中磷浓度为38.8～45.9mg/L，出水中磷浓度在8.0mg/L以下。上述方法中进水磷的浓度远高于污水厂二级出水磷浓度(1mg/L左右)，且出水磷浓度也要高于一级A标准限值0.5mg/L，无法直接应用于污水厂深度除磷。

中国发明专利(CN 104310641 A)公布了一种低磷水深度除磷的方法，该方法采用以改性珊瑚砂为晶种，通过一级流化床结晶和二级国定床结晶，可将将污水厂二级出水中的磷降低至0.2mg/L以下，同时污水中的磷以结晶产物HAP形式得到回收。但该方法采用流化床与固定床串联形式，各自的水力停留时间长达5.46h和4.58h，相应所需的设备或构筑物体积较大，以10万m³/d的污水厂为例，该方法所需要的设备或构筑物总体积达4万m³，这在污水厂二级出水深度除磷工艺提质改造中显然是难以实现的。

总之，迄今为止尚未见污水厂深度除磷工艺中磷回收利用的装置报道，使得二级水处理后既能满足一级A标准关于磷浓度限值要求，同时又能回收利用磷。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种处理效果好、磷回收利用价值高的污水厂二级出水中磷的回收装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种污水厂二级出水中磷的回收装置，包括顺次连通的强制团聚结晶器、沉淀池和过滤池；

所述强制团聚结晶器上设有进水口、钙盐投入口、碱液投入口以及HAP晶种投放口；

强制团聚结晶器内生成的结晶产物HAP随上升水流进入所述沉淀池，经所述沉淀池去除结晶产物HAP后的上清液进入过滤池。

进一步的，所述强制团聚结晶器内部设有搅拌装置。

进一步的，所述沉淀池包括一级沉淀池和二级沉淀池，所述二级沉淀池的排污口通过泥渣回流泵连接至所述强制团聚结晶器底部的晶种补充口。

进一步的，所述泥渣回流泵与所述晶种补充口连接的管道上还设有水力旋流浓缩器，所述水力旋流浓缩器的溢流上清液与所述二级沉淀池的上清液混合后进入所述过滤池。

进一步的，还包括NaOH溶液投加桶，所述NaOH溶液投加桶的出料口通过第一输料管连接至碱液投入口。

进一步的，还包括石灰溶液投加桶，所述石灰溶液投加桶的出料口通过第二输料管连接至钙盐投入口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本申请在已有“混凝-沉淀-过滤”单元上进行改进，一是增设强制团聚结晶器，二是增设二级沉淀池泥渣回流和水力旋流浓缩器，三是取消混凝池搅拌。其中增设的强制团聚结晶器和水流旋流浓缩器采用设备，且均具有停留时间短、体积小、占地少的显著特点。

2、该装置无需投加混凝剂，不产生化学污泥，去除的磷以结晶产物形式得到回收利用；且晶种采用HAP颗粒，结晶产物纯度非常高，磷回收利用价值高，可以作为优质的磷肥直接回收利用。

3、对低磷浓度污废水的适应性强，除磷效率高。本实用新型通过提高晶种颗粒物数量密度，进行强制搅拌，并利用上升水流，将结晶过程由构晶离子向晶种表面的逐一附着表面结晶，调控为HAP分子团簇与晶种的强制团聚结晶过程，使得结晶过程在较低的HAP过饱和度下即可实现，从而提高了对低磷浓度的适应性，且除磷效率高，装置出水磷浓度可降至0.3mg/L以下，达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的Ⅳ类标准。

4、除磷效果稳定。本实用新型充分利用强制诱导结晶器中同步发生的二次成核现象，新的晶核在二级沉淀池固液分离后，一部分经浓缩再回流至强制诱导结晶器，从而保障强制诱导结晶器始终维持在高颗粒物数量密度水平，结晶除磷效果稳定。

5、药耗小，运行成本低。本实用新型中PO₄ ^3-、OH^-和Ca²⁺的结晶方式为HAP分子团簇与晶种的强制团聚结晶，反应过程可以在较低的HAP过饱和度下完成，体系可以维持在较低的OH^-和Ca²⁺浓度水平，相应节约了NaOH和石灰的药耗。

综上所述，本实用新型是一种结构简单、具有对低磷浓度适应性强、除磷效果稳定、运行成本低、磷回收利用率高、回收利用价值高的显著特点。

附图说明

图1为城市污水厂物化深度除磷装置示意图；

图2为经本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，现有城市污水厂物化深度除磷装置为：二级出水进入混凝池Ⅰ后，在搅拌装置A的作用下与混凝剂混合、反应，生成含磷絮凝体。絮凝体在沉淀池Ⅱ内发生沉降，沉降形成的化学污泥送至后续污泥处理单元，上清液则进入过滤池Ⅲ进一步去除悬浮物后，过滤清水达标排放。

参加图2，本实用新型提供的污水厂二级出水中磷的回收装置，包括顺次连通的强制团聚结晶器1、沉淀池和过滤池9；强制团聚结晶器1上设有进水口、钙盐投入口、碱液投入口以及HAP晶种投放口；强制团聚结晶器1的出液口通过管道与沉淀池的进液口连通，在强制团聚结晶器1内部还设有搅拌装置4。

城市污水厂二沉池出水首先进入强制团聚结晶器1，其中的PO₄ ^3-与来自NaOH溶液投加桶2的OH^-和来自石灰溶液投加桶3的Ca²⁺首先发生团簇反应，生成纳米HAP分子团聚，HAP分子团簇与强制团聚结晶器1内高颗粒物数量密度的HAP晶种，在搅拌装置4的强制搅拌和上升水流的联合作用下，发生快速团聚结晶，生成结晶产物HAP，结晶产物HAP随上升水流从强制团聚结晶器1的出液口进入沉淀池，经沉淀池去除结晶产物HAP后的上清液进入过滤池9。

在实际应用中，沉淀池包括一级沉淀池7和二级沉淀池8，二级沉淀池8的排污口通过泥渣回流泵5连接至强制团聚结晶器1底部的晶种补充口。泥渣回流泵5与晶种补充口连接的管道上还设有水力旋流浓缩器6，水力旋流浓缩器6的溢流上清液与二级沉淀池8的上清液混合后进入过滤池9。

其中，一级沉淀池7由图1中的混凝池Ⅰ通过取消搅拌装置A而来，二级沉淀池8采用图1中的沉淀池Ⅱ，一级沉淀池7和二级沉淀池8的其余结构均不作改进，为现有结构，在此不再赘述。

可以理解的是，在实际设计中，该装置还可以包括NaOH溶液投加桶2和石灰溶液投加桶3，NaOH溶液投加桶2的出料口通过第一输料管连接至碱液投入口，石灰溶液投加的出料口通过第二输料管连接至钙盐投入口。

采用上述污水厂二级出水中磷的回收装置进行磷回收的过程如下：城市污水厂二沉池出水首先进入强制团聚结晶器1，其中的PO₄ ^3-与来自NaOH溶液投加桶2的OH^-和来自石灰溶液投加桶3的Ca²⁺首先发生团簇反应，生成纳米HAP分子团聚。HAP分子团簇与强制团聚结晶器1内高颗粒物数量密度的HAP晶种，在搅拌装置4的强制搅拌和上升水流的联合作用下，发生快速团聚结晶，生成结晶产物HAP。与此同时，由于强制搅拌和高颗粒物数量密度，结晶产物HAP颗粒间相互摩擦、碰撞，部分结晶产物HAP破碎，生成新的晶核，即二次成核。结晶产物HAP和新的晶核随水流进入一级沉淀池。结晶产物HAP颗粒粒径较大，沉降性能好，在一级沉淀池发生沉降，外排后作为磷肥回收利用，细小的晶核随水流进入二级沉淀池并发生沉降，上清液进入过滤池Ⅲ，过滤清水达标排放。

二级沉淀池沉淀出的晶核泥渣一部分作为产物外排回收，另一部分由泥渣回流泵5泵入泥渣水力旋流浓缩器6进行浓缩。水力旋流浓缩器6的溢流上清液与二级沉淀池上清液混合后进入过滤池Ⅲ，浓缩泥渣回流至强制团聚结晶器1，以维持强制团聚结晶器1内的高颗粒物数量密度。

本申请通过在现有混凝池Ⅰ之前增设强制团聚结晶器1及与其相配套的NaOH溶液投加桶2、石灰溶液投加桶3和搅拌装置4，强制团聚结晶器上设有进水口、钙盐投入口、碱液投入口以及HAP晶种投放口，石灰溶液投加桶3通过第二。取消混凝池1内的搅拌装置A，相应混凝池1称一级沉淀池；在沉淀池Ⅱ处增设泥渣回流泵5和泥渣水力旋流浓缩器6，相应沉淀池Ⅱ称二级沉淀池；原有过滤池Ⅲ保持不变。

本申请通过在“混凝+沉淀+过滤”深度除磷装置之前，增设一个强制团聚结晶反应器；将原有混凝池改为一级沉淀池；原有沉淀池增设泥渣回流泵和回流泥渣水力旋流浓缩器，称二级沉淀池；原有过滤池不做改动。强制团聚结晶反应器采用流化床结构形式，进行强制机械搅拌，并添加高浓度小颗粒HAP作为晶种，形成高颗粒物数量密度。强制团聚结晶反应器内二级出水中的磷与投加的OH^-和Ca²⁺首先发生分子团簇反应，然后分子团簇与HAP晶种发生快速团聚结晶，生成结晶产物HAP；同时强制团聚结晶反应器还发生二次成核，生成新的晶核。结晶产物HAP在一级沉淀池内进行沉降并外排实现磷的回收利用；新的晶核在二级沉淀池内沉降，一部分作为磷资源回收，另一部分经水力旋流浓缩器浓缩后回流至强制团聚结晶反应器，以维持高颗粒物数量密度。水力旋流浓缩器溢流上清液与二级沉淀池上清液混合后进入过滤池过滤池，过滤清水达标排放，经改造后，***出水磷浓度可以稳定在0.3mg/L以下。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种污水厂二级出水中磷的回收装置，其特征在于：包括顺次连通的强制团聚结晶器、沉淀池和过滤池；

所述强制团聚结晶器上设有进水口、钙盐投入口、碱液投入口以及HAP晶种投放口；

强制团聚结晶器内生成的结晶产物HAP随上升水流进入所述沉淀池，经所述沉淀池去除结晶产物HAP后的上清液进入过滤池。

2.根据权利要求1所述的回收装置，其特征在于：所述强制团聚结晶器内部设有搅拌装置。

3.根据权利要求1或2所述的回收装置，其特征在于：所述沉淀池包括一级沉淀池和二级沉淀池，所述二级沉淀池的排污口通过泥渣回流泵连接至所述强制团聚结晶器底部的晶种补充口。

4.根据权利要求3所述的回收装置，其特征在于：所述泥渣回流泵与所述晶种补充口连接的管道上还设有水力旋流浓缩器，所述水力旋流浓缩器的溢流上清液与所述二级沉淀池的上清液混合后进入所述过滤池。

5.根据权利要求3所述的回收装置，其特征在于：还包括NaOH溶液投加桶，所述NaOH溶液投加桶的出料口通过第一输料管连接至碱液投入口。

6.根据权利要求3所述的回收装置，其特征在于：还包括石灰溶液投加桶，所述石灰溶液投加桶的出料口通过第二输料管连接至钙盐投入口。

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