CN102092898A - 城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，包括以下步骤：污水进入厌氧池；污水进入第一沉淀池进行泥水分离，污泥超越硝化池进入缺氧池，上清液一部分进入诱导结晶反应器，完成除磷后再进入硝化池，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；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；污水由缺氧池进入曝气池，然后由曝气池进入终沉池进行泥水分离后，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池，剩余污泥排出。本工艺处理后出水直接达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准，有很高的除磷脱氮效率。

Description

城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺
技术领域
本发明涉及的是一种污水处理工艺，尤其涉及的是一种城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺。
背景技术
目前我国水污染问题日趋严重，湖泊总氮、总磷严重超标导致富营养化问题突出。现有大部分污水处理厂采用传统的生物脱氮除磷工艺，难以实现脱氮除磷效率的同步提高。针对氮磷去除效率无法进一步提高的问题，国外学者提出了新型的生物处理工艺，如双污泥反硝化除磷工艺。该工艺解决了传统工艺中存在的碳源竞争和泥龄矛盾等问题。目前在反硝化聚磷菌代谢模型、工艺的影响因素、反硝化除磷微生物特性等方面都有具有指导意义的研究成果报道，推动了该工艺的研究和工程应用。然而，双污泥反硝化除磷工艺面临着实际应用时进水中氮和磷的比例很难恰好满足缺氧摄磷的要求。
另一方面，磷是一种宝贵的资源，磷矿已成为2010年后不能满足国民经济发展需要的20种矿产之一。因此，将污水中的磷进行回收再利用，不仅对控制水体富营养化产生积极效果，而且能够实现磷资源的可持续循环利用。诱导结晶除磷法可以实现磷的回收。结晶磷回收过程不产生附加污泥，结晶产物易于分离，纯度较高。结晶磷回收系统与反硝化除磷工艺结合尚属首次，两者结合具有独特的优势。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，使其兼有高效脱氮除磷和磷资源回收功能。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：(1)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，同时释放出磷；
(2)污水进入第一沉淀池进行泥水分离，污泥超越硝化池进入缺氧池，上清液一部分进入诱导结晶反应器，完成除磷后再进入硝化池，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；
(3)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；
(4)污水由缺氧池进入曝气池，然后由曝气池进入终沉池进行泥水分离后，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池，剩余污泥排出。
所述缺氧池的出水口和终沉池的进水口之间设有曝气池，曝气池进行曝气吹脱，满足少量吸磷和污泥再生，保证出水质量。
所述厌氧池的进水口上设有高位水箱，高位水箱和污水入口相连，使得污水顺利进入污水处理系统。
所述硝化池上设有曝气装置，方便将氨氮转化为硝酸盐，为后续的缺氧环境提供电子受体。
所述厌氧池内设有厌氧搅拌桨，促进反应迅速发生。
所述缺氧池内设有缺氧搅拌桨，促进反应迅速发生。
所述诱导结晶反应器包括主反应区、过渡区和沉淀区，其中：主反应区、过渡区和沉淀区依次相连，主反应区、过渡区和沉淀区的直径依次增大，主反应区上设有进水口、进药口、进气口和取样口，沉淀区上设有出水口。
所述步骤(2)中，进入诱导结晶反应器的水量为进水量的10％-50％，诱导结晶反应器内的反应时间为10min-50min，反应结束后静置10min～30min。
所述诱导结晶反应器内沉淀剂为钙盐，优选为氯化钙。
所述诱导结晶反应器内晶种为石英砂或方解石，粒径为0.1mm～0.5mm。
有益效果：1、与传统的脱氮除磷工艺相比，本发明具有以下优点：解决了硝化菌与除磷菌的泥龄矛盾的问题；最大程度地将污水中碳源用于反硝化，既充分利用了碳源，又节省了曝气部分的能源消耗；逆流封闭式反硝化，从根本上解决了回流液反硝化效率低的弊病；实现了高效高品质回收磷资源。
2、与单纯的双污泥生物除磷工艺相比，本发明具有以下优点：由于增加了磷的化学出口，可以保持相对长的污泥龄，从而减少了污泥排放量；诱导结晶反应器弥补了双污泥技术实际应用时进水中氮和磷的比例很难恰好满足缺氧摄磷的要求；在进水N/P(氮/磷)变化较大时，可在保证生物系统正常运行的条件下调节进入诱导结晶反应器流量与进水流量之比，由此调节结晶除磷以及反硝化除磷的在系统中脱氮除磷比例，维持和加强系统脱氮除磷效果。
3、与传统的生物脱氮除磷和化学除磷结合的技术相比，双污泥技术与诱导结晶技术相结合有着独特的优势：厌氧池中反硝化聚磷污泥可最大程度发挥吸附进水中有机物及释磷潜能，一方面提高了厌氧上清液含磷量，利于化学单元的磷回收，另一方面为反硝化聚磷过程提供了碳源，提高了脱氮除磷效率。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是诱导结晶反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括厌氧池2、第一沉淀池3、诱导结晶反应器4、硝化池5、第二沉淀池6、缺氧池7和终沉池8，其中：厌氧池2的出水口和第一沉淀池3的进水口相连，第一沉淀池3的出水口和硝化池5的进水口相连，硝化池5的出水口和第二沉淀池6的进水口相连，第二沉淀池6的出水口和缺氧池7的进水口相连，缺氧池7的出水口和终沉池8的进水口相连，诱导结晶反应器4的进水口设于第一沉淀池3的出水口或者第二沉淀池6的出水口上，终沉池8的一个排泥口通过第一蠕动泵9和厌氧池2的进泥口相连，终沉池8的另一个排泥口和外界连通，第一沉淀池3的排泥口通过第二蠕动泵10和缺氧池7的进泥口相连，第二沉淀池6的一个排泥口通过第三蠕动泵11和硝化池5的进泥口相连，第二沉淀池6的另一个排泥口和外界连通。
缺氧池7的出水口和终沉池8的进水口之间设有曝气池12，曝气池12上设有曝气装置，进行曝气吹脱，满足少量吸磷和污泥再生，保证出水质量。
厌氧池2的进水口上设有高位水箱1，高位水箱1和污水入口相连，使得污水顺利进入污水处理系统。
硝化池5上设有曝气装置，方便将氨氮转化为硝酸盐，为后续的缺氧环境提供电子受体。
曝气装置包括曝气泵13和曝气头14，曝气头14和曝气泵13相连，曝气泵13设于反应池外，曝气头14设于反应池内。
厌氧池2内设有厌氧搅拌桨15，促进反应迅速发生。
缺氧池7内设有缺氧搅拌桨16，促进反应迅速发生。
如图2所示，所述诱导结晶反应器4包括主反应区17、过渡区18和沉淀区19，其中：主反应区17、过渡区18和沉淀区19依次相连，主反应区17、过渡区18和沉淀区19的直径依次增大，主反应区17上设有进水口20、进药口21、进气口22和取样口23，沉淀区19上设有出水口24。进水口20用于上清液进入诱导结晶反应器4；进药口21用于沉淀剂的进入；进气口22用于进气和曝气；出水口24用于除磷后净水排出。在主反应区17中的污水中的磷主要以难溶磷酸盐形式结晶在晶种上得以去除，在过渡区18由于反应器直径增大，使大部分晶种沉淀回到主反应区17，同时在本反应区内还将利用由主反应区17进入的细小晶核进行再次诱导结晶，进一步除磷，在沉淀区19将沉淀分离过渡区进入的细小晶粒，使出水澄清。
所述诱导结晶反应器4内的反应时间为10min-50min。
所述诱导结晶反应器4内沉淀剂为钙盐，沉淀剂由进药口21输入诱导结晶反应器4内，优选为氯化钙。
所述诱导结晶反应器4内晶种为石英砂或方解石，粒径为0.1mm-0.5mm。
本工艺将双污泥技术和诱导结晶技术相结合，包括以下步骤：(1)污水进入厌氧池2，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，同时释放出磷；
(2)污水进入第一沉淀池3进行泥水分离，污泥超越硝化池5进入缺氧池7，上清液一部分进入诱导结晶反应器4，完成除磷后再进入硝化池5，另一部分上清液直接进入硝化池5，硝化池5将上清液中的氨氮转化成硝酸盐，进入诱导结晶反应器4的上清液的水量为进水量的10％-50％；
(3)硝化池5内的污水进入第二沉淀池6进行泥水分离，上清液进入缺氧池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进入曝气池12，然后由曝气池12进入终沉池8进行泥水分离后，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池2，剩余污泥排出。其中：厌氧池2、缺氧池7、曝气池12和第一沉淀池3组成反硝化除磷污泥系统，硝化池5和第二沉淀池6组成硝化污泥系统，两个污泥系统相互独立，仅发生上清液交换，从终沉池8向厌氧池2的污泥回流量和从第一沉淀池3向缺氧池7的污泥越流量控制为进水流量的30％～50％。诱导结晶反应器4为整个系统增加了磷的化学出口，诱导结晶反应器4协调硝酸盐电子受体与聚磷量之间的关系，保证出水质量，同时磷结晶于晶种上形成类磷矿石磷回收产品，磷的回收率可通过富磷上清液进入结晶单元的比率来调节，即便在启动初期，富磷上清液磷浓度相对较低的情况下，通过增加结晶单元进水比率，仍能获得较高回收率。
本实施例工作时，如诱导结晶反应器4位于第一沉淀池3之后，则污水进入厌氧池2进行厌氧释磷：在厌氧状态下，来自终沉池8的反硝化聚磷污泥将碳源主要以聚-β-羟基丁酸酯(Poly-β-Hydroxybutyrate，PHB)的形式贮存在体内，同时释放出磷，在沉淀池中进行泥水分离，一部分富含氨氮和磷的上清液(约为进水量的10％～50％)进入诱导结晶反应器4，另一部分直接进入硝化池5；进入诱导结晶反应器4的上清液，在一定的投药量下，在晶种表面进行结晶，形成羟基磷酸钙，实现磷资源的回收；硝化池5将氨氮转化成硝酸盐，为后续的缺氧环境提供电子受体；第一沉淀池3中沉淀下来的贮存有大量PHB的反硝化聚磷污泥超越硝化池5进入后续的缺氧环境中，以硝酸盐作为电子受体，氧化在厌氧环境下合成的大量PHB，完成吸磷并同时进行反硝化；曝气池12进行曝气吹脱，少量吸磷和污泥再生，进一步保证优质的出水水质；最后经终沉池8进行泥水分离，污泥部分回流至厌氧池2，剩余污泥排出。
如诱导结晶反应器4位于第二沉淀池6之后则污水进入厌氧池2进行厌氧释磷，在沉淀池中进行泥水分离；硝化池5将氨氮转化成硝酸盐，在硝化沉淀池中进行泥水分离后，一部分上清液进入诱导结晶反应器4进行结晶，另一部分直接进入缺氧池7；第一沉淀池3中的反硝化聚磷污泥超越硝化池5进入缺氧池7进行反硝化除磷；曝气池12进行曝气吹脱，少量吸磷和污泥再生；最后经终沉池8进行泥水分离，污泥部分回流至厌氧池2，剩余污泥排出。
富磷液由进水管进入诱导结晶反应器4通过曝气的方式将pH提高到8左右，以达到结晶反应需要的条件，沉淀剂由进药口21进入。
诱导结晶反应器4的主反应区17的底端设进气口22，进气口22和曝气装置相连，通过曝气实现反应器内晶种的流态化，同时也可以不断吹脱水中二氧化碳维持反应器较高pH，在主反应区17内污水中的磷主要以难溶酸盐形式结晶在晶种上得以去除，在过渡区18由于直径增大，使大部分晶种沉淀回到主反应区17，同时在过渡区18内还将利用由主反应区17进入的细小晶核进行再次诱导结晶，进一步除磷，在沉淀区19将沉淀分离过渡区18进入的细小晶体，使出水澄清。
使用本工艺处理模拟生活污水，进行了约一个月的跟踪试验，处理水量为15L/h，水质为进水COD(化学需氧量)为152-237mg·L-1，TP(总磷量)为3.92-7.68mg·L-1。结晶反应器中，以粒径为0.15mm的方解石作为晶种，投加氯化钙溶液作为化学除磷药剂，进药流量与进水流量之比为1∶10，[Ca2+]/[PO4 3-]为1.5∶1-3∶1，进入诱导结晶反应器4的厌氧上清液的比例为33.3％时，出水COD为8.6-17mg·L-1，TP为0.05-0.50mg·L-1，COD和TP平均去除率分别为93.2％、71.2％和95.7％。结晶除磷效率(即诱导结晶反应器4磷去除量占结晶柱进水磷含量的比值)平均约为58.6％。
使用本工艺，以某污水处理厂沉砂池出水作为原水，进行了约两个月的跟踪试验。进水COD为73mg/L-181mg/L，平均为115mg/L，出水COD稳定在12.1mg/L-39mg/L，平均为22.1mg/L；进水氨氮13.9mg/L-30.9mg/L，均值为24.7mg/L，出水氨氮平均值为2.73mg/L，平均去除率为89.2％；进水TP为1.03mg/L-2.87mg/L，出水TP为0.05mg/L-0.4mg/L，平均为0.19mg/L，TP平均去除率达到了89.9％。
本工艺处理生活污水时，出水可直接达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准，不需要深度处理。不仅具有很高的除磷脱氮效率，磷资源高效回收也充分体现了可持续发展理念。

Claims (10)

1.一种城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)污水进入厌氧池(2)，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，同时释放出磷；
(2)污水进入第一沉淀池(3)进行泥水分离，污泥超越硝化池(5)进入缺氧池(7)，上清液一部分进入诱导结晶反应器(4)，完成除磷后再进入硝化池(5)，另一部分上清液直接进入硝化池(5)，硝化池(5)将上清液中的氨氮转化成硝酸盐；
(3)硝化池(5)内的污水进入第二沉淀池(6)进行泥水分离，上清液进入缺氧池(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)进入曝气池(12)，然后由曝气池(12)进入终沉池(8)进行泥水分离后，上清液排出，污泥部分回流至厌氧池(2)，剩余污泥排出。
2.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述硝化池(5)上设有曝气装置。
3.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述厌氧池(2)内设有厌氧搅拌桨(15)。
4.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述缺氧池(7)内设有缺氧搅拌桨(16)。
5.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述诱导结晶反应器(4)包括主反应区(17)、过渡区(18)和沉淀区(19)，其中：主反应区(17)、过渡区(18)和沉淀区(19)依次相连，主反应区(17)、过渡区(18)和沉淀区(19)的直径依次增大，主反应区(17)上设有进水口(20)、进药口(21)、进气口(22)和取样口(23)，沉淀区(19)上设有出水口(24)。
6.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，进入诱导结晶反应器(4)的水量为进水量的10％-50％，诱导结晶反应器(4)内的反应时间为10min-50min。
7.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述诱导结晶反应器(4)内沉淀剂为钙盐。
8.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述诱导结晶反应器(4)内晶种为石英砂或方解石，粒径为0.1mm-0.5mm。
9.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(4)中，从终沉池(8)向厌氧池(2)的污泥回流量和从第一沉淀池(3)向缺氧池(7)的污泥越流量为进水流量的30％～50％。
10.根据权利要求1所述的城镇污水反硝化除磷脱氮及磷资源高效回收工艺，其特征在于：所述诱导结晶反应器(4)设于第二沉淀池(6)之后。
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