CN103482773A

CN103482773A - 一种农村生活污水的除磷药剂及其应用

Info

Publication number: CN103482773A
Application number: CN201310483260.4A
Authority: CN
Inventors: 徐卫东; 顾杨; 丁青松; 申萍萍; 孟宪忠
Original assignee: JIANGSU SHANGDA WATER AFFAIR CO Ltd
Current assignee: Jiangsu Eic water Co., Ltd.
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103482773B

Abstract

本发明公开了一种农村生活污水的除磷药剂及其应用，属于污水处理技术领域。本发明的除磷药剂由水、酒精、石斛叶提取物、纳米二氧化钛、壳聚糖、柠檬酸和高效聚磷菌HJPO7组成，结合预沉淀处理工艺，并在预沉淀池及预沉淀池与后续设备进水口中设置电极、电源，通过电场强化微生物的除磷能力，提高除磷效率，磷成分基本形成鸟粪石沉淀。

Description

一种农村生活污水的除磷药剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种农村生活污水的除磷药剂及其应用，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着越来越多的废水排入天然水体，使水体中藻类大量繁殖，消耗水中的溶解氧，造成水体富营养化，而废水中的磷是造成水体富营养化的主要因素之一，因此降低废水中的磷含量是解决水体富营养化的关键。

人工湿地系统的除磷机理主要是利用植物、微生物的生物作用以及本身基质填料的过滤吸附沉降作用，目前常用的湿地形式按污水在湿地床中的流动方式可分为表面流、垂直流和潜流3种。由于其投资低、处理效果好、操作管理简单、维护和运行费用低等特点，正越来越多地受到关注，湿地处理系统比较适合于处理水量不大，管理水平不高的城镇污水和较分散的污水的处理，但是人工湿地除磷往往占地较大，除磷区域较为分散，回收或者降解磷的难度相对较大。

近年来，兼性厌氧反硝化除磷细菌（DPB）是一种近年来新发现的除磷菌，它可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体从而实现同时反硝化和过度摄磷，从而达到除磷目的。还有一些研究人员在SBR工艺中发现了无厌氧段生物强化除磷现象，这种生物除磷过程在本质上与传统的生物除磷一样，即由微生物将磷超量摄入到细胞内而形成富磷污泥，通过排泥最终实现除磷，但此类系统中，微生物容易达到富磷饱和状态，而且此类研究重点还在于基础性研究，尚未成熟的应用于环保治理工程中，主要原因还是因微生物随着环境变化出现不可逆转的退化或者死亡，需要大量筛选合适的微生物，其成本较高，反硝化除磷技术的关键是加强对生物除磷机理的研究，尤其是对聚磷菌的生物特性及其分离培养的研究，无疑是生物除磷技术的主要发展方向之一，充分利用现有资源，提升聚磷菌的除磷效率是突破方向之一。

磷在自然界主要是以磷酸盐岩石以及鸟粪石和动物化石的天然磷酸盐矿石形态存在，其中鸟粪石是一种白色晶体状物质，使用生产性鸟粪石结晶装置来处理高磷废水的方法，越来越受到国内外研究人员的重视。P₂O₅在鸟粪石中占的含量约为58%，其成分容易被直接或间接用作优质肥料，目前使用较广的磷回收方法是鸟粪石法，只要工艺运行控制在一定条件下就能自动生成鸟粪石，被认为是最具前景的磷回收途径之一。

混凝土法不仅能回收磷，又可将废弃的混凝土砌块和污水中的磷资源化利用，实现了以废治废；热解法和湿式化学洗脱法在回收磷的基础上，还能回收其他有用成分；磷酸钙沉淀法回收磷的优点是成本较低且操作简单，但形成磷酸钙盐沉淀的机理目前尚不完全清楚，应进一步研究磷酸钙沉淀法的作用机理。

超导磁分离技术用于处理废水中的磁性物质，工艺简便、效率高、速度快、成本低等优点，但磷是非磁性物质，由于增加了接种混凝和磁种分离、再生等操作而使工艺复杂化，成本也相应提高，因此，超导磁分离技术对于城市排水深度除磷还有待进一步研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种农村生活污水的除磷药剂，所述药剂由以下组分组成（质量比）：基质载体水；酒精（原浓度75%的乙醇）：2-7%；石斛叶提取物：10-25%；纳米二氧化钛：0.1-1%；壳聚糖：0.1-3%；柠檬酸：0.1-2%；高效聚磷菌（HJPO7）：0.01-0.1%。

所述高效聚磷菌HJP07，从中国普通微生物菌种保藏管理中心获得，保藏号CGMCC NO.2164，制备除磷药剂时，将聚磷菌HJP07的菌泥添加到除磷药剂中，15-500×10⁷cfu/g菌泥。

缺乏产酸菌提供低分子有机基质会抑制HJP07的除磷作用，所述柠檬酸用于补充有机质。

所述纳米二氧化钛（titanium dioxide nanoparticles，nano-TiO2）优选P25型纳米二氧化钛（纯度99.5%，德国Degussa公司），10-20nm锐钛矿型纳米二氧化钛，亦可选择2-60nm金红石型纳米二氧化钛。纳米二氧化钛能有效吸收废水中的重金属物质，并一定程度上激活除磷菌除磷能力，提升除磷效率。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种应用所述除磷药剂进行农村生活污水除磷的方法，是在污水的后续处理工艺设备前设置预沉淀池，在预沉淀池中投入除磷药剂，并间歇重复投放，污水以一定速度流经预沉淀池；所述预沉淀池中设置电极；预沉淀池与后续设备进水口中设置电极及太阳能电池板。

所述预沉淀池尺寸可根据需要调整；预沉淀池中设置电极，为防止腐蚀，优选惰性导电电极，是在预沉淀池进水管下方垂直设置一正电极石墨棒，出水口附近垂直设置一正电极石墨棒，池底设置一平行负电极。

所述预沉池长、宽为1.5-2m，边缘用混凝土浇筑，进水处设置进水管，进水管使用8-15cm管径的PVC管。污水流速为2-5m/s。

所述预沉淀池与后续处理工艺设备的进水口内两侧分别设置惰性电极，优选石墨棒和铁棒，并且在石墨棒和铁棒处分别接通5v的太阳能电池板，夜晚持续供电。

所述后续处理工艺优选垂直流人工湿地。

生物除磷是多种微生物协同作用的结果，电场的强化能促进这种作用，本发明在预沉淀池、预沉池与后续设备进水口中引入了电极棒，并在除磷药剂中配入一定的酒精，配合电化学反应，促进系统电化学反应，在污水处理系统中形成电动势，使系统中的除磷菌获得进一步活化，提升除磷效率；结合生物絮凝剂，促进系统中磷元素的分解和生物吸收。纳米二氧化钛、壳聚糖及石斛叶提取物相互配合，通过电极的微电流作用，使高效聚磷菌能发挥最大的除磷效率，并使聚磷菌在其他环境条件不变的情况下，延缓退化时间，提升聚磷能力，使聚磷菌重复使用次数增加5次以上。

本发明综合利用多种技术手段，配合已经改造调整的小型人工湿地进行相应处理，耗能低，投入少，除磷效果好，生成鸟粪石效率高。通过本发明处理的，可进一步加强对水环境氮磷营养物污染的控制，将污水除磷和磷回收结合起来，并且能使回收的磷产品有一定经济收益，不仅可降低污水处理的综合成本，而且节约了宝贵的磷矿资源。本发明特别有利于治理富磷河水的污染，并且对河道不构成二次污染，处理后的排放水磷含量低于国家排放标准。本发明最有益于在流动缓慢的农村污水系统中开展污染水质治理，可以有效缩短后续人工湿地的延伸长度，节约人工湿地占地面积，提升单位湿地的除磷效率，在出水水质方面可以持续达标。

附图说明

图1除磷系统简易图，1为进水管，2为预沉淀池，3为进水口（含左右两电极棒），4为后续处理设施。

图2除磷系统示意图。

具体实施方式

实施例1石斛叶有效成分的准备

取某公司生产铁皮石斛后的残余废弃石斛叶，选取石斛叶肉较厚叶片，取石斛叶，粉碎至80目，取100g浸泡入40摄氏度的0.2mol/l氢氧化钠200ml中、0.1mol/l碳酸钠300ml中20分钟后，加入0.2mol/l滴定盐酸至中和。使用10目过滤网过滤，取出石斛叶残渣部分烘干备用；过滤后溶液使用蒸发皿蒸干，获得石斛叶絮凝有效成分，整理备用。

实施例2农村富磷生活污水的除磷药剂

石斛叶提取物：10%

纳米二氧化钛：0.3%

壳聚糖：0.4%

柠檬酸：0.1%

高效聚磷菌（HJPO7）：0.1%

酒精（75%）：3%

将壳聚糖、石斛叶提取物先用酒精溶解，然后溶入水中，然后将柠檬酸和聚磷菌溶入水中，并将纳米二氧化钛投入该药剂中，混合后形成悬浊絮凝状溶液。该溶液宜即配即用。

高效聚磷菌HJP07，该菌株具有良好的适温特性，最适宜的生长条件为：温度25～35℃、pH6.5～8.0。聚磷效果试验表明，HJP07在10mg/L磷浓度以下对磷具有较好的吸收能力，48、60h聚磷效果分别为81.5%、88.7%，因此能够很好满足受污染河水的除磷要求。制备除磷药剂时，将聚磷菌HJP07的菌泥添加到除磷药剂中，15-500×10⁷cfu/g菌泥。受污染河水处理工程实践表明，投加HJP07菌液能缩短污水处理系统启动时间，系统启动运行18d后，总磷的去除率达到80%以上。运行28d后，总磷的去除率稳定在90%左右，出水总磷含量稳定在0.5mg/L以下，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

实施例3农村富磷生活污水的除磷药剂

石斛叶提取物：20%

纳米二氧化钛：0.5%

壳聚糖：0.4%

柠檬酸：0.1%

高效聚磷菌（HJPO7）：0.1%。

酒精（75%）：5%

将壳聚糖、石斛叶提取物先用酒精溶解，然后溶入水中，然后将柠檬酸和除磷菌溶入水中，并将纳米二氧化钛混匀投该药剂中。

实施例4农村富磷生活污水的除磷系统

污水除磷系统由絮凝预沉淀池和垂直流人工湿地组合而成。预沉淀池设置2m*2m，深度设置为1.5米，边缘用混凝土浇筑，进水处设置进水管，进水管使用10cm管径的PVC管，控制水流速度为2-5m/s。预沉淀池池进水管下方与进水方向垂直设置一正电极石墨棒，出水口附近设置一正电极石墨棒，池底设置一平行负电极。预沉淀池与人工湿地间设置一进出水口，水流方向为沉淀池通入人工湿地或其他除磷处理工序段，宽度和深度均设置为20cm，长度80cm，进水口两侧及底部均用混凝土浇筑，两侧分别设置石墨棒和铁棒，并且在石墨棒和铁棒处分别接通5v的太阳能电池板，太阳能电池平时蓄电，晚上也可以持续供电，蓄电池输出电压为5v。

待处理污水是27℃、PH6.9的含磷生活污水，磷含量为15mg/l，以2-5m/s速度流入除磷系统中，当预沉淀池中水位高于预沉淀池与人工湿地接口高度时，污水自动流入人工湿地中。

在预沉淀池中，投入实施实例3中除磷药剂300g，间隔时间24小时重新投放。

经过该系统处理48、64h，污水去磷率分别为90%、95%，比仅用人工湿地处理的去磷率82%、89%提升了8个和6个百分点，出水水质连续达标；相比不使用该预处理沉淀池，除磷效率由原先的85%提高95%，磷成分基本形成鸟粪石沉淀。

实施例5农村富磷生活污水的除磷

污水除磷系统由絮凝预沉淀池和垂直流人工湿地组合而成。预处理沉淀池，预沉淀池设置1.5m*1.5m，深度设置为1.5米，边缘用混凝土浇筑，进水处设置进水管，进水管使用12cm管径的PVC管，控制水流速度为3-5m/s。预沉淀池池进水管下方与进水方向垂直设置一正电极石墨棒，出水口附近设置一正电极石墨棒，池底设置一平行负电极。预沉淀池与人工湿地间设置一进出水口，水流方向为沉淀池通入人工湿地，宽度和深度均设置为20cm，长度80cm，进水口两侧及底部均用混凝土浇筑，两侧分别设置石墨棒和铁棒，并且在石墨棒和铁棒处分别接通5v的太阳能电池板，太阳能电池平时蓄电，晚上也可以持续供电，蓄电池输出电压为5v。

污水温度28℃、PH7.2，磷含量为35mg/l。

在该预沉淀池中，投入实施实例3中除磷药剂300g，间隔时间24小时重新投放。

经过该系统48h、64h处理后，聚磷效果分别为92%、98%，比仅用人工湿地处理的去磷率83%、90%提升了9个和8个百分点，出水水质连续达标，相比不使用该预处理沉淀池，除磷效率由原先的85%提高95%，磷成分基本通过系统处理进入鸟粪石沉淀中。说明本系统也适应浓度相对较高的富磷污水处理，克服了高效聚磷菌在高浓度含磷废水中吸收能力不足的问题。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种农村生活污水的除磷药剂，其特征在于，由以下组分组成：基质载体水；酒精，2-7%；石斛叶提取物，10-25%；纳米二氧化钛，0.1-1%；壳聚糖，0.1-3%；柠檬酸，0.1-2%；聚磷菌HJPO7，0.01-0.1%；所述百分比为质量百分比。

2.根据权利要求1所述的除磷药剂，所述纳米二氧化钛为P25型纳米二氧化钛。

3.一种应用权利要求1所述除磷药剂进行农村生活污水除磷的方法，其特征在于，设置预沉淀池，在预沉淀池中投入除磷药剂，并间歇重复投放，污水以一定速度流经预沉淀池；所述预沉淀池中设置电极；预沉淀池与后续设备进水口中设置电极及太阳能电池板。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在预沉淀池进水管下方垂直设置一正电极石墨棒，出水口附近垂直设置一正电极石墨棒，预沉池底部设置一平行负电极。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预沉淀池与后续设备的进水口中设置2个惰性电极，并接通5v的太阳能电池板。