CN101730664B - 从污水中析出磷的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可连接到小型净化单元的用于从污水中析出磷的设备，所述设备包括：泵送贮器(1)、用于卸载所述泵送贮器的排泄泵(2)、化学池(6)、用于将化学物质从化学池(6)分配到所要从泵送贮器(1)排出的污水中的化学计量泵(5)，由此所得到的化学析出物与从净化单元排出的水的分离被设置成在小型净化单元的沉淀池(12)中完成。在本发明中，所述计量泵(5)被设置成在所述排泄泵(2)的整个操作循环或几乎整个操作循环上将化学凝结剂供给到由所述排泄泵(2)排出的流出流中。

Description

从污水中析出磷的设备和方法

技术领域

本发明的目的是一种可连接到小型净化单元的用于从污水中析出磷的设备。

本发明的另一目的是一种在小型净化单元中利用化学凝结剂从污水中析出污水磷的方法，所述方法包括：将待处理的污水在重力作用下输送到泵送贮器内，泵送贮器由排泄泵进行排放，通过计量泵将化学凝结剂从化学池分配到所要从泵送贮器排放的污水中，由此所得到的化学析出物与从净化单元流出的水的分离在小型净化单元的沉淀池，或者即沉积池中进行。

本发明的又一目的是前述设备的用途，用于在小型净化单元中，具体地是连续作用的小型净化单元中从污水中析出磷。

背景技术

人口稀少区中污水引起的环境负担在过去的几年吸引了越来越多的注意。实际上，(芬兰)国务委员会颁布的法令(542/2003)强制实行了关于污水净化的最低要求。大部分住所中现存的处理系统不能匹配严格的净化要求。因此，市场上已经经历了多种不同的特定属性的污水处理系统的出现，从简单的土壤处理一直到生物化学装置净化单元。

(芬兰)国务委员会颁布的法令(542/2003)，关于与污水管道系统隔离的区域中的生活用水的处理，对排放到环境中的有机物、总氮和总磷的量强加了限制值。在实际研究中发现，就大部分处理方法而论，在获得要求的净化性能方面最具挑战的任务涉及总磷。人口稀少区中磷负荷的减少是重要的，因为芬兰水系统中最终约8％的磷负荷源于分散的永久性住所和度假性住所。尤其在内陆水域中，磷构成所谓的最低养分，控制了湖泊的基本生产。由磷负荷引起的富营养化表现为水生植物和生物量的增加，以及水藻和蓝绿藻的反常地大量繁殖，从而所放出的藻类毒素可能成为更严重后果的来源。生物量的分解消耗氧，这样的结果是，水体可能发展为氧耗尽，从而导致鱼死亡。

在特定属性的废水处理系统中，能通过吸收物质和各种化学凝结剂来提高除磷作用。生物化学净化单元中常用的是基于铝或基于铁的化学凝结剂。化学凝结剂将污水中所包含的磷结合为能通过沉淀而从水中分离的化合物。从析出效率的观点来看，使用正确的化学量是首要的。当剂量太小时，没有足够的化学物质与所有磷酸盐离子反应，因此污水中所包含的一些磷能够进入水系统中。过量的剂量可能使污水的pH值降低太多，这是因为基于铝和基于铁的化学凝结剂酸性较高。过低的pH值降低析出效率。化学凝结剂和污水的有效调合是成功析出的条件。由于调合，一剂化学物质能全部得到利用，而不需要任何不必要的过量剂量。对化学凝结剂的反应是，污水产生微絮凝物，微絮凝物可逐渐凝结成较大的絮凝物。期望增加絮凝物的尺寸以有利于通过沉淀从水分离絮凝物。这通过一种设备来实现，在这种设备中，调合之后是混合过程。在混合过程中，水的速度梯度或G数比调合过程中的低。实现的最常见方法是保持污水处于慢速旋转运动，在大型设备中，慢速旋转运动通过慢速旋转的叶片来有效地执行。水中存在的絮凝物不必受到太大的力，以便不会由于这样的力而使絮凝物分解。

根据操作原理，生物化学装置净化单元可被分成批量作用的净化单元和连续作用的净化单元。在批量净化单元中，在单个池中执行处理工艺步骤。通过该工艺处理的污水量总是相同的，由此析出磷所需的化学物质能以不变的量分配到每批中。从泵送系统的观点来看这是方便的，因为计量泵在期望的工艺步骤中总是具有相同的运行周期。在批量净化单元中，一般在通风步骤中分配化学凝结剂，由此由通风引起的湍流在整个水量中有效地调合化学物质。

在连续作用的净化单元中，由到达系统中的水所取代的大量水在重力作用下从一个池前进到另一个池。在这种系统中，关于化学凝结剂的剂量的技术实现更具挑战性，这是因为从一个池前进到下一个池的水的量可能瞬时波动。存在商业上可买得到的产品，其中通过定时器时钟来控制剂量。通过定时器时钟的控制，以期望的时间间隔通过计量泵泵送一定量的化学物质，例如一小时一次。在这种系统中，所给予的化学物质的量不依赖于到达系统的水的量，但是例如在假期时间中将不必要地使用某些化学物质。浪费地使用化学凝结剂对于业主来说引起额外的成本。不考虑待处理水的量而建立剂量可能导致不足剂量情况或过量剂量情况。当到达系统的水的量大于期望的量时，给予的化学物质的量不足以处理全部水量。除了额外的成本以外，过量剂量可能引起由pH值的过度降低导致的问题。还有的挑战是充分有效的调合过程的实现。在商业上可用的系统中，化学物质通常与流入其中的待处理水一起被送入管道内。在这样的设备中，没有办法影响水和化学物质的调合条件。也无法实现絮凝物的碰撞和聚结的最佳条件。

芬兰注册的实用新型No.7006公开了一种除磷的污水处理设备，所述设备包括磷处理单元，磷处理单元包括处理池、用于析出磷的化学物质的化学池、用于计量来自化学池的化学物质的分配器、设置有流控制分隔物的化学和水调合板、以及从调合板的中间部分延伸到下面的处理池的调合的水和化学物质收集管道。根据示例，将在处理池中除磷的水明显地在土壤处理之后首先被收集到泵送井中，然后将水从泵送井泵送到处理池，用于除磷处理，之后通过虹吸管，而不是通过重力将处理过的水引出处理池。

在芬兰实用新型7006的解决方案中，在从泵送井泵送一定批量的水之前，首先将一定量的化学物质从化学池分配到一个槽中。水被引导通过这个槽，由于排出器抽吸的结果而通过水捡出化学物质，且化学物质被携带离开这个槽。在这个槽的下游，明显地用于确保正确的调合过程，建立了设置有流动偏转分隔件的调合板。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备和一种方法，一方面，该设备和方法使得能够使用正确和需要量的化学凝结剂，从而避免了在不完全析出中未反应的磷进入水系统，或者避免了由过量化学物质引起的过低pH值的削弱效果，影响析出效率，并且另一方面，也实现了充分有效的水和化学物质的调合过程。

为了实现这点，根据本发明的设备的特征在于，该设备包括泵送贮器、用于卸载泵送贮器的排泄泵、化学池、用于将化学物质从化学池分配到所要从泵送贮器排出的污水中的化学计量泵，由此所得到的化学析出物与从净化单元排出的水的分离适合于在小型净化单元的沉淀池中进行，计量泵被设置成在排泄泵的整个操作循环或几乎整个操作循环上将化学凝结剂供给到由排泄泵输送的流出流中。

在本发明的一个优选实施方式中，该设备还包括混合空间，该混合空间的形状迫使包含化学凝结剂并通过混合空间的污水进入慢速旋转运动，以提高由化学凝结剂产生的絮凝物的形成。因而，在慢速旋转运动中沉淀水-化学物质混合物的目的是在将混合物输送到析出池中(换句话说进入沉淀池)之前提高由化学凝结剂所产生的絮凝物的形成，其中产生的结合了磷的析出物的目的是从水分离并沉淀到池底。混合空间的形状可以是能够在慢速旋转运动中沉淀包含化学凝结剂的水的任何形式，包含化学凝结剂的水能够均匀地慢速通过整个混合循环或者越朝向结束时愈加变得慢。因此，混合空间的形状能是能够迫使通过其中的包含化学凝结剂的污水进入缓慢旋转运动的任何形式，例如基本上圆形形式。基本上圆形形式的示例包括，例如基本上圆柱状，即圆筒状形式、基本上球形或半球形形式、基本上锥形或截头锥形形式。其他的基本上圆形形式包括三维的基本上螺旋形式。不管形状如何，主要目的都是使包含化学凝结剂的污水以这样的方式变成慢速旋转运动，即：混合空间的至少一个壁表面就其形式而言为基本上圆形或者曲线形的，调合的水-化学物质混合物沿该混合空间的上述至少一个壁表面流动。

在一个特别优选的实施方式中，混合空间为基本上柱状形状的混合容器。因此，还优选的是，从泵送贮器流出的污水流以及待供给到混合容器中的化学凝结剂的量被设置成输送到混合容器的顶端或接近混合容器的顶端，由此调合的水-化学物质混合物尽管慢速旋转，但是通过重力作用而沿容器的圆形外壳(jacket)表面向下朝位于容器底部的出口流动。

在另一优选实施方式中，混合空间或容器以出口为特征，出口位于等于或高于混合容器的底部的水平面上。混合空间或容器的出口能优选地配备有排出管道，该排出管道设置有位于出口下面的扩充部。混合空间或容器的排出管道优选地延伸到沉淀池的水平面以下。

在进一步的优选实施方式中，排出管道以这样一种结构为特征，所述结构使空气能够进入排出管道，而不会在排出管道中产生连续的水柱和抽吸。

根据本发明的设备能够优选地定位在生物污水处理的下游。生物预处理可以是基于活性污泥法、土壤净化或生物过滤的生物处理。

设备的泵送系统优选地设置成以这样的方式工作，即：使得该设备包括浮控开关以及电流控制继电器，浮控开关用于根据泵送贮器中污水的预定的最大和最小水平而打开和关闭排泄泵，电流控制继电器联接在排泄泵和计量泵之间，以用于当排泄泵供给有电流时再次打开计量泵，并且当排泄泵没有供给电流时关闭计量泵。基本上，泵和泵送系统能通过本领域技术人员众所周知的任何泵或泵送系统构成。

在一个优选实施方式中，该设备整体上能够安装在小型净化单元的一个并且相同的沉淀池中，或者换句话说在沉积池中。

另一方面，根据本发明的方法的特征在于，在排泄泵的整个操作循环或几乎整个操作循环上通过计量泵将至少一种化学凝结剂分配到由排泄泵输送的流出流中。

在本发明方法的一个优选实施方式中，包含化学凝结剂的污水受到混合处理，以提高由化学凝结剂所产生的絮凝物的形成。

化学凝结剂可以是本领域技术人员已知的期望用于除去污水中所包含的磷的任何化学凝结剂，例如基于铝或基于铁的化学凝结剂。化学凝结剂优选地以水溶液的形式分配。

根据本发明的设备和方法适合于用在任何小型净化单元中，尤其是连续作用的单元中，其包括至少一个沉积池或多个互相连接起来的沉积池。

关于可利用的现有技术的情况，构成所要求保护的目的的本设备提供以下优势：

-在连续作用的污水净化处理中，磷的析出能以这样的方式执行，即：使得化学凝结剂仅在系统供给有水时分配。

-基于排泄泵的操作来控制化学泵的操作，使得能够相对于待处理水量维持化学剂量不变。

-在整个泵送循环中使从泵送贮器排出的水流供给有均匀剂量的化学物质确保了一致的化学浓度以及输送到混合容器中的水中的化学物质和水的高级别的调合。

-不管水量如何，析出条件保持不变。

-连接到该设备的混合容器中的混合处理有助于由化学凝结剂所产生的絮凝物的形成，并且由此提高所得到的沉淀物的沉淀特性。良好的沉淀特性有利于从处理水中分离沉淀物，并且由此减少与从系统中排出的水一起溢出到环境中的包含磷的沉淀物的量。

-使从混合容器排出的水前进到沉淀池中的水平面以下防止了产生析出的沉淀物与流出的水一起流出沉淀池。

附图说明

现将通过举例、参考附图1更详细描述本设备，图1以纵向截面示出本设备的一个实施方式。但是，下文给出的示例绝不应解释为以任何方式限制了所附权利要求。

具体实施方式

参考图1，示出了期望用于污水处理的设备，该设备能设置在沉积池或所谓的沉淀池12中，也称为化粪池，其定位在例如期望用于处理由单一住所产生的污水的连续作用的生物处理单元的下游。

水通过延伸到沉淀池12的管道13在重力作用下到达沉淀池12，使得进入的水首先被引入并收集在包括在沉淀池12顶端的泵送贮器1中。当水表面升高到泵送贮器1中的足够高的预定最大水平面时，被包括在泵送贮器中的排泄泵2使其浮控开关3自动地启动排泄泵2。一旦泵送贮器1中的水表面已经降落到期望水平面，即预定的最小水平面，浮控开关3也使泵送停止。泵送贮器1的容量优选为＞20升。该容量影响排泄泵的运行频率。

排泄泵2的运行时间总体上取决于到达泵送贮器1的水量。在水被连续供给使得泵送贮器1中的水不下降到期望的最小水平面的情形中，则排泄泵2也将不停止运行。水通过排泄泵2泵送到混合容器4内，混合容器4也位于沉淀池12内。泵送贮器1和混合容器4也可以可选地位于沉淀池12外部，但优选地而且如此示例中提供的，这样的元件构成位于沉淀池12内、处于沉淀池顶端的元件。

当排泄泵2运行时，期望量的化学凝结剂通过计量泵5从化学池6泵送到混合容器4内，化学池6位于沉淀池12内部或外部。当排泄泵2停止时，计量泵5也停止。排泄泵2和计量泵5通过电流控制继电器(未示出)互相连接。通过继电器，排泄泵2一直被供给有电流。排泄泵2的浮控开关控制泵2的运行，根据泵送贮器1中的水平面启动和停止泵2。电流控制继电器以这样的方式起作用，即：使得只要排泄泵2运行，所述继电器就将电流供给到计量泵5。因此，可以说，继电器“监视”以发现排泄泵何时开始取得电流。

化学凝结剂(水溶液)通过管路14而被引导到标记从排泄泵2延伸的管7的终点的位置附近。管7终止于在水平平面中具有基本上柱状形状的混合容器4的顶端，使得水被引导而与混合容器4的外壳壁接触，混合容器4的外壳壁与管7基本上成平行关系。因此，由于混合容器4的基本上柱状形状，到达容器的水被迫进入旋转运动，大部分的水优选地沿柱状竖直壁滚动或者在柱状竖直壁附近向下朝容器底部滚动，水从容器底部排出或升高到出口并由此离开。由于该旋转运动，待处理水和化学凝结剂彼此有效地调合。当排泄泵2停止时，到达混合容器4中的水停止，这导致混合容器4中的水旋转速度降低。这促使絮凝物凝结成较大尺寸的絮凝物。水通过容器底部中间的出口8离开混合容器4，所述出口与其周围平齐或者位于高于其周围的水平面上，即与围绕出口的底部平齐或高于围绕出口的底部。这样的结果是整个出口8不终止在水平面以下。留在出口8中的空气空间防止了在排出水的过程中抽吸的产生。因而，水在混合容器4中的停留时间明显长于水在出口8整个低于水平面的情形下的停留时间。较长的停留时间促使混合容器4中的水中产生的絮凝物响应于化学凝结剂而凝结，这有助于絮凝物降到沉淀池12中。沉淀池的最小容量优选为约15升。

最后，应注意到，就絮凝物凝结而言的另一有益特征是底部到处都是平的或者至少在围绕出口的某些范围内是平的。因此，水不会堵在出口。

从混合容器4的出口8起，水通过腔室9或扩充部排放到排出管10。排出管10延伸到水输送管11。排出管10的端部基本上位于沉淀池12的水平面之上。留在排出管10的端部和沉淀池12的水平面之间的空气空间使得不能够产生快速排空混合容器4的抽吸效应。排出管10和输送管11呈现这样的相对位置，即：使得离开排出管10的所有水能够进入输送管11。因此，输送管11的上端也位于水平面之上。由排出管10和输送管11构成的组件也称为排出管道。

通过输送管11，利用化学凝结剂所处理的水排放到基本上低于沉淀池12的水平面，即基本上低于携带离开沉淀池12的净化水的管15的管口。这在重力工作系统中是重要的，这是因为离开池的水量与进入的水量相当。为了获得良好的净化效果，必要的是，含磷的析出物不与离开池的水一起获取。当到达池的水被输送到基本上低于水平面时，已经被净化的一些表面的水将离开池12的顶部。比水重的析出物下降到池的底部。混合容器4中的水的停留时问的所述延长也降低了到达沉淀池12的流速。在此情形下，自然地，离开池的流速也被降低，这使流出的水的速度减速。低速率是进一步减小一起获得析出物的风险的另一因素。

Claims (13)

1.一种可连接到小型净化单元的用于从污水中析出磷的设备，其特征在于，所述设备包括泵送贮器(1)、用于卸载所述泵送贮器的排泄泵(2)、化学池(6)、用于将化学物质从所述化学池(6)分配到所要从所述泵送贮器(1)排出的污水中的化学计量泵(5)，由此所得到的化学析出物与从所述净化单元排出的水的分离被设置成在所述小型净化单元的沉淀池(12)中完成，且所述计量泵(5)被设置成在所述排泄泵(2)的整个操作循环或几乎整个操作循环上将化学凝结剂供给到由所述排泄泵(2)排出的流出流中，并且所述设备还包括混合空间(4)，所述混合空间(4)的形状迫使包含化学凝结剂并通过所述混合空间(4)的污水进入慢速旋转运动，以提高由所述化学凝结剂所产生的絮凝物的形成。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述混合空间为基本上柱形的混合容器。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，从所述泵送贮器(1)流出的污水流和所要供给到所述泵送贮器(1)中的化学凝结剂的量适合于输送到所述混合空间的顶端或接近所述混合空间的顶端。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述混合空间以出口(8)为特征，所述出口(8)位于等于或高于所述混合空间底部的水平上。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述混合空间的出口(8)配备有排出管道(10、11)，所述排出管道设置有位于所述出口(8)下面的扩充部。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述混合空间的排出管道(10、11)延伸到所述沉淀池(12)的水平面以下。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述排出管道(10、11)以这样一种结构为特征，所述结构使空气能够进入所述排出管道，而不能够在所述排出管道(10、11)中产生连续的水柱和抽吸。

8.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备定位在生物污水处理的下游。

9.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括浮控开关(3)以及电流控制继电器，所述浮控开关(3)用于打开和关闭所述排泄泵(2)，所述电流控制继电器联接在所述排泄泵(2)和所述计量泵(5)之间，以用于当向所述排泄泵供给电流时再次打开所述计量泵(5)并且当所述排泄泵没有供给电流时关闭所述计量泵(5)。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备整体上能够安装在小型净化单元的一个所述沉淀池(12)中。

11.根据权利要求1或2所述的设备的用途，用于在小型净化单元中从污水中析出磷。

12.根据权利要求11所述的用途，其特征在于，所述小型净化单元是连续作用的小型净化单元。

13.一种在小型净化单元中利用化学凝结剂从污水中析出污水的磷的方法，所述方法包括：将待处理的污水在重力作用下输送到泵送贮器(1)内，所述泵送贮器由排泄泵(2)进行排放；通过计量泵(5)将化学凝结剂从化学池(6)分配到所要从所述泵送贮器(1)排出的污水中，由此，所得到的化学析出物与从净化单元排出的水的分离在所述小型净化单元的沉淀池中进行，所述方法的特征在于，在所述排泄泵(2)的整个操作循环或几乎整个操作循环上通过所述计量泵(5)将至少一种化学凝结剂分配到由所述排泄泵(2)排出的流出流中，并且对包含所述化学凝结剂的污水在混合空间(4)中进行混合处理，所述混合空间(4)的形状迫使包含化学凝结剂并通过所述混合空间(4)的所述污水进入慢速旋转运动，以提高由所述化学凝结剂所产生的絮凝物的形成。

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