CN104710081B

CN104710081B - 一种污水脱氮除磷方法及其装置

Info

Publication number: CN104710081B
Application number: CN201510119503.5A
Authority: CN
Inventors: 陈琳; 靳斌斌; 朱亮; 王俊; 夏新; 邱云鹏
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: CN104710081A

Abstract

本发明公开了一种污水脱氮除磷方法及其装置，该装置由依次连接的进水池（1）、厌氧膜生物反应器（2）、吸附池、气体分离膜装置（11）和氨氮吸收池（13）构成，污水由进水池（1）进入厌氧膜生物反应器（2）进行厌氧水解，真空隔膜泵（14）和膜面冲刷装置（19）对厌氧膜生物反应器（2）进行膜面冲刷；水解后的污水进入吸附池进行吸附除磷；吸附除磷后的污水和碱性药液反应，进入气体分离膜装置（11）后，污水分离为净水和氨气，氨气和酸性药液反应后进入氨氮吸收池（13），净水从出水口处流出。本发明实现了氨氮（NH3‑N）99%去除与回收和磷（P）的98%去除与回收，出水效果好，增加新能源以及降低能耗。

Description

一种污水脱氮除磷方法及其装置

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种污水脱氮除磷方法及其装置。

背景技术

现行应用广泛的脱氮除磷工艺均包含着空间或时间上厌氧、缺氧、好氧三种状态的交替，这些工艺往往通过调整和优化三种状态的组合方式来实现高效脱氮除磷的目的。

A²/ O是目前较为成熟的污水脱氮除磷工艺，该工艺处理效率能达到TN 70% 以上，TP 90% 左右，具有系统简单，水力停留时间少，不易发生污泥膨胀，运行费用低等特点。但是在一个系统中同时完成脱氮和除磷过程，不可避免地产生各过程间的矛盾关系，如碳源、污泥龄、硝化和反硝化容量、释磷容量和吸磷容量等, 这些矛盾使得在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除难以实现。

对磷的去除原理是聚磷菌在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下过度吸收磷，然后再排出剩余污泥，在厌氧和好氧状态的循环实现磷的去除。该工艺不需外加碳源，又能充分实现反硝化且易于控制污泥膨胀，投资和运行费用较低，但也有一定的限制性，当温度低、进水负荷低时，微生物代谢能力减弱，污泥生长缓慢，磷的去除率必然降低。

在生物脱氮除磷工艺中，污泥由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成，在厌氧段、缺氧段和好氧段之间循环。由于不同微生物的最佳生长环境不同，因此生物脱氮和生物除磷之间往往存在矛盾，比如厌氧与缺氧段段污泥量的分配比大小不同，争夺碳源，污泥龄长短不同等，在实际污水处理过程中容易出现脱氮和除磷很难同时达到最佳效果的情况。

改进型氧化沟都具有一定的脱氮除磷能力，并具有流程简单，管理方便和良好的处理效果等优点，但氧化沟采用机械表面曝气，水深不宜过大，造成了充氧动力效率低，能耗较高，且脱氮效果不理想等缺点。氧化沟内部的溶解氧梯度，使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成生物脱氮功能，不需要混合液回流。

SBR 脱氮除磷工艺具有投资少、耐冲击负荷、污泥不易膨胀等优点，但是SBR法脱氮除磷效果与曝气时率有关，时率大则缺氧时间短、反硝化不完全、氮磷的去除率低，且存在自动控制和连续在线分析仪器仪表要求高的特点。曝气生物滤池（BAF）可实现有机物的降解、硝化、反硝化，满足脱氮除磷的目的，但是反冲洗频繁、产生的污泥稳定性差、同步生物除磷效果不好。

MBR 脱氮除磷工艺具有出水水质良好且稳定、运行控制灵活、占地面积小、剩余污泥产量低等优点。但是，MBR工艺的投资和动力费用要比传统活性污泥工艺高得多。

此外，鸟粪石脱氮除磷工艺也可以用来处理同时还有高浓度氨氮和磷酸盐的废水，虽然它可以在脱氮除磷的过程中减少温室气体的产生，但是其工艺侧重化学法处理，不仅药剂价格昂贵，运行成本高，还会产生二次污染，氮磷出水含量也需进行再处理。

发明内容

本发明为了解决现有脱氮除磷工艺因调整和优化厌氧、缺氧、好氧三种状态的交替而带来的单位面积污泥处理能力有限，能耗高，氮磷去除率低，氮磷回收率低、运行维修费用高和鸟粪石脱氮除磷工艺产生二次污染的不足，提供了一种污水脱氮除磷方法及其装置，COD去除率达到97%以上，实现了氨氮（NH₃-N）99%去除，磷（P）的98%去除，充分达到污泥减量化要求，并能实现氮磷资源的高效回收和能源存储再利用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种污水脱氮除磷装置，包括进水池、厌氧膜生物反应器、吸附池、气体分离膜装置、加药间、固体分离装置、磷回收池、碱性加药泵、酸性加药泵、真空隔膜泵、膜面冲刷装置、氨氮吸收池和出水口，进水池、厌氧膜生物反应器、吸附池、气体分离膜装置依次连接，气体分离膜装置分别与出水口和氨氮吸收池相连；

厌氧膜生物反应器外部设有真空隔膜泵，厌氧膜生物反应器的底部设有膜面冲刷装置，真空隔膜泵的一端和膜面冲刷装置相互连接、另一端连接至厌氧膜生物反应器的上端；

吸附池下方依次设有固体分离装置和磷回收池；碱性加药泵设在吸附池和气体分离膜装置之间，酸性加药泵设在气体分离膜装置和氨氮吸收池之间；吸附池包括并联设在加药间和固体分离装置之间的第一吸附池和第二吸附池。

本发明的装置采用厌氧生物反应处理系统处理污水，同时回收氮磷，可以有效的实现泥水分离，结构简单、降低能耗。

作为优选，吸附池和气体分离膜装置之间设有磷在线检测系统，气体分离膜装置的出水管路上设有氨氮在线检测系统。

作为优选，厌氧膜生物反应器和吸附池之间设有第一抽吸泵，吸附池和气体分离膜装置之间设有第二抽吸泵。

作为优选，厌氧膜生物反应器的上方设有气体收集装置。气体收集装置用来收集存储反应池产生的甲烷气体。

作为优选，厌氧膜生物反应器内设有微滤膜，微滤膜为聚偏二氟乙烯膜或聚酯热熔胶膜，孔径为0.1～0.45μm。采用该微滤膜可以大量降解水中的COD，污泥经过微滤膜发生厌氧水解发酵反应后，还可以利用自身产生的气体进行膜面冲刷，减少额外的能量消耗。

作为优选，气体分离膜装置内的气体分离膜为聚酰亚胺膜或乙酸纤维素膜。

作为优选，第一吸附池和第二吸附池内均等距的设有再生型除磷吸附剂层或者精制涂铁石英砂层，共设有6～8层，每层厚度为0.3～0.5米。再生型除磷吸附剂可以重复利用。

上述污水脱氮除磷方法，包括以下步骤：

污水由进水池进入厌氧膜生物反应器进行厌氧水解，污水经真空隔膜泵在厌氧膜生物反应器内循环，对厌氧膜生物反应器进行膜面冲刷；经厌氧水解后的污水进入第一吸附池进行吸附除磷；吸附除磷后的污水和碱性加药泵投加的碱性药液反应后，进入气体分离膜装置；进入气体分离膜装置的污水分离为净水和氨气，氨气和酸性加药泵投加的酸性药液反应后进入氨氮吸收池，净水从出水口流出；

当第一吸附池达到最大吸附量时，关闭第一吸附池，开启第二吸附池；首先通过加药间对第一吸附池投加解吸液，解吸的含磷液进入固体分离装置，同时启动加药间对固体分离装置投加磷析出药液，分离出的固体磷进入磷回收池，分离结束后通过加药间对第一吸附池投加酸性再生液，完成再生后等待开启第一吸附池；当第二吸附池达到最大吸附量时，关闭第二吸附池，开启第一吸附池；重复上述步骤，直至污水处理完毕。

作为优选,厌氧膜生物反应池内温度为25℃-35℃、氧化还原电位(ORP)小于-300mV、pH值为6.5-7.5。

作为优选,碱性溶液用NaOH溶液，中性溶液用NaCl溶液，酸性溶液用HCl溶液。

本发明具有以下有益效果：

本发明的方法是将厌氧膜生物反应器设置在吸附系统之前，对污水进行前处理，实现大分子有机物的大量降解，为后续磷吸附系统和氨氮回收系统高效处理提供必要条件。同时，吸附除磷系统与氨氮回收系统通过管道实现循环回流，调节回流比范围在100~300%，实现脱氮除磷高效有序循环处理，切实保障其氮磷出水效果。因此，污水可以在同一个工艺里实现脱氮除磷功能，同时可以良好的实现除碳功能。

本发明同时采用膜处理技术和吸附处理技术，集中了膜处理装置和吸附池的优点，可以有效的实现泥水分离和同步脱氮除磷效果，高效的提升了单位面积污泥处理能力，又大大的减少了占地面积。工艺组合简单，装置工业化程度高，膜组件和吸附材料使用寿命长，取材方便简单，价格适宜，达到了维护方便,高效的节约了成本的目的。工艺内污水经历除磷吸附系统和氨氮回收系统循环交替过程实现氮磷循环处理，因此，本发明的污水处理质量稳定，同时具有运行操作方便等特点。

本发明突破了现行脱氮除磷工艺，通过调整和优化厌氧、缺氧、好氧三种状态的组合固有模式,提供了一种高效脱氮除磷方法，实现了氨氮（NH₃-N）99%去除与回收，磷（P）的98%去除与回收，同时可以有效的实现泥水分离，出水效果好，实现了污泥的高效减量，增加新能源以及降低能耗。

附图说明

图1为本发明的工作工艺流程示意图。

图中各数字代表含义如下：1、进水池；2、厌氧膜生物反应器；3、微滤膜；4、气体收集装置；5、第一吸附池；6、第二吸附池；7、加药间；8、固体分离装置；9、磷回收池；10、吸附池；11、气体分离膜装置；12、出水口；13、氨氮吸收池；14、真空隔膜泵；15、第一抽吸泵；16、第二抽吸泵；17、碱性加药泵；18、酸性加药泵；19、膜面冲刷装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，一种污水脱氮除磷装置，主要由依次连接的进水池1、厌氧膜生物反应器2、吸附池10和气体分离膜装置11构成，吸附池10和气体分离膜装置11的入口端连接，气体分离膜装置11的出口端分别连接氨氮吸收池13和出水口12。

本发明采用厌氧膜生物反应池处理系统，该系统包括进水池1、厌氧膜生物反应器2、气体收集装置4、膜面冲刷装置19、真空隔膜泵14。进水池1内设有机械搅拌器，进水池1和厌氧膜生物反应器2通过短管连接。厌氧膜生物反应器2上方设有气体收集装置4，气体收集装置4和厌氧膜生物反应器2之间通过短管连接。厌氧膜生物反应器2外部设有真空隔膜泵14，厌氧膜生物反应器2的底部设有膜面冲刷装置19，真空隔膜泵14的一端和膜面冲刷装置19相互连接、另一端连接至厌氧膜生物反应器2的上端。所述膜面冲刷装置19利用厌氧膜生物反应池2产生的气体进行膜面冲刷；所述气体收集装置4用来收集存储反应池产生的甲烷气体。

厌氧膜生物反应器2内设有氧化还原电位传感器、温度传感器、pH传感器、液位控制器以及微滤膜3，微滤膜3采用平板膜或中空纤维膜，膜材料为聚偏二氟乙烯膜PVDF或聚酯热熔胶膜 PES，孔径为0.1～0.45μm。

厌氧膜生物反应器2通过第一抽吸泵15与吸附池10相连，吸附池10通过第二抽吸泵16与气体分离膜装置11相连；吸附池10包括相互并联的第一吸附池5和第二吸附池6，第一吸附池5和第二吸附池6的上端分别通过闸阀与加药间7相连，第一吸附池5和第二吸附池6的下端分别通过闸阀与固体分离装置8相连，固体分离装置8通过短管与磷回收池9相连。所述固体分离装置8采用漏斗形设备，内设进口短管和出口短管；所述磷回收池9采用封闭式池体，内设磷检测系统。

第一吸附池5和第二吸附池6内装有等质量的再生型除磷吸附剂PHOSPHATR或者精制涂铁石英砂IOCS，每个分为6～8层，每层厚度为0.3～0.5米，每相邻两层留有相同的空隙距离。

加药间7内设有自动加药装置，可分别对第一吸附池5和第二吸附池6投加碱性解吸液或中性解吸液，亦可投加酸性再生液，也可对固体分离装置8投加磷析出药液。加药间7上还连接有碱性加药泵17和酸性加药泵18，碱性加药泵17设在气体分离膜装置11前的管路上，酸性加药泵18设在氨氮吸收池13前的管路上。

气体分离膜装置11内设有气体分离膜，采用管式膜，膜材料为聚酰亚胺膜PI或乙酸纤维素膜CA。气体分离膜装置11通过短管与氨氮吸收池13相连，所述氨氮吸收池13采用封闭式池体，内设氨氮检测系统。

本发明还包括氨氮在线检测系统和磷在线检测系统，磷在线检测系统设置在气体分离膜装置11前的管路上，氨氮在线检测系统设置在气体分离膜装置11后的出水管路上。

实施例2

本发明污水脱氮除磷的方法，包括以下步骤:

步骤一、厌氧水解：由进水池1进入厌氧膜生物反应器2内的污水在厌氧膜生物反应器2内发生厌氧水解发酵反应，此反应大量降解污水中的COD，同时污水中的有机氮和有机磷在厌氧膜生物反应器2内转变成氨态氮和磷酸盐，并在第一抽吸泵15作用下随水流出厌氧膜生物反应器2。

步骤二、吸附除磷与回收：由厌氧膜生物反应器2进入第一吸附池5的污水在第一吸附池5内发生磷吸附过程，经吸附后的污水在第二抽吸泵16作用下进入磷在线检测系统；当第一吸附池5达到最大吸附量时，关闭第一吸附池5，开启第二吸附池6，以保持吸附的正常进行；此时关闭的第一吸附池5通过加药间7投加的碱性解吸液或中性解吸液进行磷的解吸，解吸的含磷液通过管道进入固体分离装置8，同时启动加药间7对固体分离装置8投加磷析出药液，进行固体磷的分离，分离出的固体磷通过管道进入磷回收池9，分离结束后，开启加药间7，对第一吸附池5投加酸性再生液，对第一吸附池5内的涂铁石英砂或再生型除磷吸附剂进行再生，再生后等待新的吸附开启；当第二吸附池6达到最大吸附量时，关闭第二吸附池6，重新开启第一吸附池5，并进行同样的操作；通过第一吸附池5和第二吸附池6的交替使用，可以保证吸附除磷与回收的正常进行。

步骤三、氨氮的分离与回收：由吸附池10进入磷在线检测系统管道的污水，在碱性投加泵17的药液作用下，污水中的氨氮转化成氨气，并随着污水一起进入气体分离膜装置11；进入气体分离膜装置11的污水从出水口12管路流出，进入气体分离膜装置11的氨气则通过膜组件进入氨氮吸收池13，在酸性加药泵18药液作用下，在氨氮吸收池13内完成氨氮的吸收。

以上步骤均采用自动化控制进行。

实施例3

南京市溧水区某家禽养殖厂废水模拟试验，采用本发明处理家禽养殖废水。

厌氧膜生物反应器进水COD浓度为3548mg/L，总氮（TN）浓度为522mg/L，氨氮（NH₃-N）浓度为510mg/L，总磷（TP）浓度为25mg/L，进水温度为16-20℃。

试验运行中，厌氧膜生物反应池水温度（T）为30-33℃， pH为6.5-7.0，氧化还原电位（ORP）为-310mv左右，反应器持续运行，初始膜通量为14-18L/m²h，第一吸附池采用再生型除磷吸附剂（PHOSPHATR），气体膜分离装置膜组件采用聚酰亚胺膜（PI）。

试验出水结果为：COD浓度为86mg/L，总氮（TN）浓度为13.4 mg/L；氨氮浓度（NH₃-N）浓度为4.5mg/L；总磷浓度为0.38 mg/L，结果显示，污水中COD的去除率达到了97.6%，总氮（TN）去除率达到97.4%，实现了氨氮（NH₃-N）99.1%去除与回收，磷（P）的98.5%去除与回收。因此，本发明适用于污水厂脱氮除磷工艺的升级改造,其氮磷出水效果可达到国家一级A排放标准。

本发明对于家禽养殖废水、化粪池污水、污泥发酵液、高浓度氨氮工业废水等高浓度氨氮、高浓度磷污水尤为适用。

以上公开的仅为本申请的其中几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种污水脱氮除磷装置，其特征在于，包括进水池（1）、厌氧膜生物反应器（2）、吸附池（10）、气体分离膜装置（11）、加药间（7）、固体分离装置（8）、磷回收池（9）、碱性加药泵（17）、酸性加药泵（18）、真空隔膜泵（14）、膜面冲刷装置（19）、氨氮吸收池（13）和出水口（12），进水池（1）、厌氧膜生物反应器（2）、吸附池（10）、气体分离膜装置（11）依次连接，气体分离膜装置（11）分别与出水口（12）和氨氮吸收池（13）相连；

厌氧膜生物反应器（2）外部设有真空隔膜泵（14），厌氧膜生物反应器（2）的底部设有膜面冲刷装置（19），真空隔膜泵（14）的一端和膜面冲刷装置（19）相互连接、另一端连接至厌氧膜生物反应器（2）的上端；

吸附池（10）下方依次设有固体分离装置（8）和磷回收池（9）；碱性加药泵（17）设在吸附池（10）和气体分离膜装置（11）之间，酸性加药泵（18）设在气体分离膜装置（11）和氨氮吸收池（13）之间；吸附池（10）包括并联设在加药间（7）和固体分离装置（8）之间的第一吸附池（5）和第二吸附池（6）。

2.根据权利要求1所述的污水脱氮除磷装置，其特征在于，吸附池（10）和气体分离膜装置（11）之间设有磷在线检测系统，气体分离膜装置（11）的出水管路上设有氨氮在线检测系统。

3.根据权利要求1所述的污水脱氮除磷装置，其特征在于，厌氧膜生物反应器（2）和吸附池（10）之间设有第一抽吸泵（15），吸附池（10）和气体分离膜装置（11）之间设有第二抽吸泵（16）。

4.根据权利要求1所述的污水脱氮除磷装置，其特征在于，厌氧膜生物反应器（2）的上方设有气体收集装置（4）。

5.根据权利要求1所述的污水脱氮除磷装置，其特征在于，厌氧膜生物反应器（2）内设有微滤膜（3），微滤膜（3）为聚偏二氟乙烯膜或聚酯热熔胶膜，孔径为0.1～0.45μm。

6.根据权利要求1所述的污水脱氮除磷装置，其特征在于，气体分离膜装置（11）内的气体分离膜为聚酰亚胺膜或乙酸纤维素膜。

7.根据权利要求1所述的污水脱氮除磷装置，其特征在于，第一吸附池（5）和第二吸附池（6）内均等距的设有再生型除磷吸附剂层，共设有6～8层，每层厚度为0.3～0.5米。

8.基于权利要求1所述的污水脱氮除磷装置的污水脱氮除磷方法，其特征在于，包括以下步骤：

污水由进水池（1）进入厌氧膜生物反应器（2）进行厌氧水解，真空隔膜泵（14）将厌氧膜生物反应器（2）产生的气体经由膜面冲刷装置（19）进行膜面冲刷；经厌氧水解后的污水进入第一吸附池（5）进行吸附除磷；吸附除磷后的污水和碱性加药泵（17）投加的碱性药液反应后，进入气体分离膜装置（11）；进入气体分离膜装置（11）的污水分离为净水和氨气，氨气和酸性加药泵（18）投加的酸性药液反应后进入氨氮吸收池（13），净水从出水口（12）流出；

当第一吸附池（5）达到最大吸附量时，关闭第一吸附池（5），开启第二吸附池（6）；首先通过加药间（7）对第一吸附池（5）投加解吸液，解吸的含磷液进入固体分离装置（8），同时启动加药间（7）对固体分离装置（8）投加磷析出药液，分离出的固体磷进入磷回收池（9），分离结束后通过加药间（7）对第一吸附池（5）投加酸性再生液，完成再生后等待开启第一吸附池（5）；当第二吸附池（6）达到最大吸附量时，关闭第二吸附池（6），开启第一吸附池（5）；重复上述步骤，直至污水处理完毕。