CN105502658A

CN105502658A - 兼氧平板膜气化除磷装置及其方法

Info

Publication number: CN105502658A
Application number: CN201610027183.5A
Authority: CN
Inventors: 王冰; 方岚; 李嘉妮; 韩松; 佟首辉; 王元博; 肖怡; 尤大海; 栾冠华
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: CN105502658B

Abstract

本发明公开了一种兼氧平板膜气化除磷装置及其方法，涉及高磷污水处理设备技术领域，包括：缺氧池以及可控温的兼氧池，所述缺氧池与兼氧池相连通，所述兼氧池内设置有若干平板膜组件，所述平板膜组件的下方设置有微孔曝气装置，平板膜组件的出水管与上连接有用于对平板膜组件进行冲洗的水池；所述兼氧池的顶部开设有磷化氢气体出口，所述磷化氢气体出口上设置有集气袋，其中，所述兼氧池内溶解氧为1.0-2.0mg/L。本发明具有设计简单，溶解氧低，能耗低，占地面积小，磷以气体形式去除，不仅能够实现污水中磷的高效去除，大大减少了富磷污泥的排放，降低系统运行能耗，且更易对磷资源进行回收利用。

Description

兼氧平板膜气化除磷装置及其方法

技术领域

本发明涉及高磷污水处理设备技术领域，尤其涉及一种兼氧平板膜气化除磷装置及其方法。

背景技术

磷是组成生命物质不可缺少的元素之一，又是一种不可自然再生的有限资源。磷元素的日益匮乏导致磷矿价格较10年前翻了6翻。与此同时，随着城市的发展及工业化程度的提高，大量富含氮磷的生活污水及工业废水的排放，造成了受纳水体的富营养化现象，加剧了我国可用淡水资源紧缺的现状。水体富营养化是一个全球性的重要环境问题，而磷则被公认为是引起水体富营养化的主要限制性因子。

全球范围内普遍存在着陆地磷矿产资源日益匮乏与水环境中磷含量过高而导致水体富营养化这一矛盾。将除磷过程由“去除型”向“回收型”转变，使富磷污水成为一种新型“磷矿”成为研究开发的重点。以磷酸盐还原为基础的“气化除磷”技术，是磷在污水处理中系统中从固态和液态向气态迁移转化的一种新途径，将生成的磷化氢气进行收集，可广泛应用于各种粮食、油料、中药材、木材、烟草等的仓储害虫防治。此外，磷化氢是较强的还原剂，可以通过选择合适的氧化剂实现磷资源的回收利用。

现有技术中，生物除磷主要通过富磷污泥排放实现磷的去除。富磷污泥的排放仅仅是磷从液态到固态的转移过程不仅增加了污泥处理成本，更不利于磷的回收利用。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种兼氧平板膜气化除磷装置及其方法，利用磷酸盐还原作用，将磷的形态从液态或者固态转化为气态，不仅能够实现污水中磷的高效去除，大大减少了富磷污泥的排放，降低系统运行能耗，且更易对磷资源进行回收利用。

本发明的技术方案为：

一种兼氧平板膜气化除磷装置，包括：缺氧池以及可控温的兼氧池，所述缺氧池兼氧池相连通，所述兼氧池内设置有若干平板膜组件，所述平板膜组件的下方设置有微孔曝气装置，平板膜组件的出水管上连接有用于对平板膜组件进行冲洗的水池；所述兼氧池的顶部开设有磷化氢气体出口，所述磷化氢气体出口上设置有集气袋，其中，所述兼氧池内溶解氧为1.0-2.0mg/L。

所述缺氧池与兼氧池的体积比为1∶1。

所述磷化氢气体出口上设置有气体流量计。

所述缺氧池溶解氧为0-0.5mg/L。

所述兼氧池中设置有温控加热棒，温控加热棒上连接有温控仪。

所述平板膜组件的出水管通过抽吸泵与水池相连通，且水池通过反洗泵与出水管连通。

所述平板膜组件的出水管上设置有压力表。

所述平板膜组件采用陶瓷平板膜。

一种兼氧平板膜气化除磷方法，包括以下步骤：

1)、将污泥在缺氧池及兼氧池中驯化培养，每天采用进水、曝气、沉淀、排出上清液的循环方式，循环2个周期，共运行7天；

2)、开启兼氧池内的平板膜组件，且以单片平板膜的膜通量为5.5L/m²h进行抽吸；

3)、测量磷化氢气体出口中磷化氢含量，若出现磷化氢，且出气量稳定，则将膜通量升至11.2L/m²h，若没有出现磷化氢或出气量不稳定，则继续以5.5L/m²h运行，直至出现稳定磷化氢气体为止；

4)、出现稳定磷化氢气体后，将污泥在推流作用下进入兼氧池，通过平板膜组件的抽吸将处理后污水排出装置，净化后的磷化氢气通过集气袋收集。

所述步骤2)中开启兼氧池内的平板膜组件后，运行抽吸20分钟后，利用水池中净化过的水进行反冲洗1分钟。

本发明的有益效果为：

本发明的兼氧平板膜气化除磷装置及其方法，通过设置缺氧池和兼氧池，在较低溶解氧条件下运行，能耗较低，能够构建局部厌氧环境，不需考虑处理系统厌氧释磷和好氧摄磷的协调问题，不会产生大量富磷剩余污泥，能够减缓膜污染现象，将污泥中的磷气化后为磷化氢气体进行收集，能实现磷元素的回收再利用，降低了污泥对环境的污染，并且，本发明装置结构简单，占地小，操作简便，在整个处理过程中，未使用其他药品，降低了二次污染以及处理成本。

进一步地，由于采用陶瓷平板膜，以往工艺多采用有机丝状膜组件，本装置采用陶瓷平板膜，因为无机膜耐酸碱、耐腐蚀，易清洗，所占空间小。

进一步地，本发明中采用兼氧模式，溶解氧含量低，较传统工艺大大减少了曝气带来的能源大量消耗问题，具有节能的有点。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的原理图。

图中，1为缺氧池，2为兼氧池，2-1为平板膜组件，2-2为微孔曝气装置，2-3为温控加热棒，2-4为温控仪，3为水池，4为集气袋，5为气体流量计，6为抽吸泵，7为反洗泵，8为压力表，9为鼓风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种兼氧平板膜气化除磷装置，包括：缺氧池1以及可控温的兼氧池2，所述缺氧池1与兼氧池2相连通，且缺氧池1与兼氧池2的体积比为1∶1，所述兼氧池2内设置有若干平板膜组件2-1，所述平板膜组件2-1的下方设置有微孔曝气装置2-2，微孔曝气装置2-2包括鼓风机9以及设置于平板膜组件2-1的微孔，所述鼓风机9通过单向阀与微孔连通，进一步为了控制曝气量，鼓风机出口设置有气体流量计；平板膜组件2-1的出水管与上连接有用于对平板膜组件2-1进行冲洗的水池3，所述兼氧池2内溶解氧为1.0-2.0mg/L，所述缺氧池1溶解氧为0-0.5mg/L。所述兼氧池2的顶部开设有磷化氢气体出口，所述磷化氢气体出口上设置有气体流量计5，所述磷化氢气体出口上设置有集气袋4，需要说明的是本发明中平板膜组件2-1采用陶瓷平板膜。

进一步优选的，本发明中在磷化氢气体出口出设置有磷化氢吸收装置，进行气体收集前，先使得气体通过广口瓶中为浓氢氧化钠溶液，并滴入酚酞试剂，溶液颜色显粉红色，当有磷化氢生成时，粉红色减褪，直至粉红色变淡后，可通过氢氧化钠溶液浓度变化可粗略计算生成的磷化氢量，之后采用集气袋收集生成气体，利用气相色谱可精确获得磷化氢的生成量。

本发明中，所述兼氧池2中设置有温控加热棒2-3，温控加热棒2-3上连接有温控仪2-4，进而能够实时对兼氧池2进行温度调控，温控加热棒2-3主要保证系统运行温度在20-25摄氏度之间，保证兼氧微生物最高活性，进而保证装置正常运行。

优选的，本发明中所述平板膜组件2-1的出水管上设置有压力表8，出水管通过抽吸泵6与水池3相连通，且水池3通过反洗泵7与出水管连通，进而使得平板膜组件2-1运行抽吸20分钟后，能够进行反冲洗1分钟，提高平板膜组件的工作效率。

本发明的工作原理：

本发明中，通过微生物生物催化作用及微生物消耗能量，使磷酸盐发生了还原反应。反应途径如图2所示，磷酸盐通过在缺氧池1和兼氧池2中反应后，最终产生了磷化氢。

实施例二

本发明提供了一种兼氧平板膜气化除磷方法，包括以下步骤：

1)、将污泥在缺氧池1及兼氧池2中驯化培养，每天采用进水、曝气、沉淀、排出上清液的循环方式，循环2个周期，共运行7天；；

2)、开启兼氧池2内的平板膜组件2-1，且以单片平板膜的膜通量为5.5L/m²h进行抽吸；当运行抽吸20分钟后，利用水池3中净化过的水进行反冲洗1分钟；

4)、出现稳定磷化氢气体后，将高磷污水从进水管进入缺氧池1，由推流作用再进入兼氧池2，通过平板膜组件2-1的抽吸将处理后污水排出装置，净化后的磷化氢气通过集气袋4收集。

传统生物除磷工艺主要通过排除系统中富磷污泥实现磷的去除，因此本系统以不排泥情况下，磷酸盐的去除来表征除磷效果并可初略估算系统中磷化氢的生成量。

不同pH条件下系统中磷酸盐的去除效果见表1。(表中数据均表示平均值)结果表明7.0-8.0为磷酸盐去除的最佳pH范围。

pH值	进水PO₄ ^3-(mg/L)	出水PO₄ ^3-(mg/L)	去除率
				8.0	48.75	12.77	73.81％
7.0	49.62	18.54	62.64％
				6.0	48.23	20.68	57.12％

不同C/P条件下系统中磷酸盐的去除效果见表2。(表中数据均表示平均值)结果表明C/P比为100为磷酸盐去除的最佳条件。

C/P	进水PO₄ ^3-(mg/L)	出水PO₄ ^3-(mg/L)	去除率
				150	50.66	30.89	39.02％
100	48.53	18.78	61.30％
				50	50.12	41.26	17.68％

不同温度条件下系统中磷酸盐的去除效果见表2。(表中数据均表示平均值)结果表明温度上升有利于磷酸盐的去除，最佳温度为30℃和40℃，而45℃温度较高，将会提高系统运行成本，不建议采用。

温度(℃)	进水PO₄ ^3-(mg/L)	出水PO₄ ^3-(mg/L)	去除率
				20	51.56	34.12	33.82％
25	50.22	28.76	42.73％
				30	47.55	18.93	60.19％
35	45.34	26.89	40.69％
				40	49.90	14.26	71.42％
45	50.38	15.01	70.21％

不同有机负荷条件下系统中磷酸盐的去除效果见表2。(表中数据均表示平均值)结果表明系统抗冲击负荷能力较强，在有机负荷0.5-1.5kgCOD/m³·d范围内，均表现较好的磷酸盐去除。

本发明有如下优点：

1、传统除磷工艺都是以污泥外排形式除磷，兼氧平板膜气化除磷装置是将磷以磷化氢气体形式去除，实现了磷去除领域质的飞跃。

2、系统中采用的陶瓷平板膜，以往工艺多采用有机丝状膜组件，本装置采用陶瓷平板膜，因为无机膜耐酸碱、耐腐蚀，易清洗，所占空间小。

3、兼氧平板膜气化除磷装置，占地较小，缺氧区和低氧好氧区整合到一个区域，系统较为简单。

4、反应生成的磷化氢能够回收利用，较传统排泥做法，具有资源回收利用，无富磷污泥外排引发的二次污染问题。

5、兼氧气化除磷装置，采用的是兼氧模式，溶解氧含量低，较传统工艺大大减少了曝气带来的能源大量消耗问题，具有节能的有点。

Claims

1.一种兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，包括：缺氧池(1)以及可控温的兼氧池(2)，所述缺氧池(1)与兼氧池(2)相连通，所述兼氧池(2)内设置有若干平板膜组件(2-1)，所述平板膜组件(2-1)的下方设置有微孔曝气装置(2-2)，平板膜组件(2-1)的出水管上连接有用于对平板膜组件(2-1)进行冲洗的水池(3)；所述兼氧池(2)的顶部开设有磷化氢气体出口，所述磷化氢气体出口上设置有集气袋(4)，其中，所述兼氧池(2)内溶解氧为1.0-2.0mg/L。

2.根据权利要求1所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述缺氧池(1)与兼氧池(2)的体积比为1∶1。

3.根据权利要求1所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述磷化氢气体出口上设置有气体流量计(5)。

4.根据权利要求1所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述缺氧池(1)溶解氧为0-0.5mg/L，兼氧池(2)溶解氧为1.0-2.0mg/L。

5.根据权利要求1所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述兼氧池(2)中设置有温控加热棒(2-3)，温控加热棒(2-3)上连接有温控仪(2-4)。

6.根据权利要求1所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述平板膜组件(2-1)的出水管通过抽吸泵(6)与水池(3)相连通，且水池(3)通过反洗泵(7)与出水管连通。

7.根据权利要求1或6所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述平板膜组件(2-1)的出水管上设置有压力表(8)。

8.根据权利要求1所述的兼氧平板膜气化除磷装置，其特征在于，所述平板膜组件(2-1)采用陶瓷平板膜。

9.一种基于权利要求1所述兼氧平板膜气化除磷装置的除磷方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将污泥在缺氧池(1)及兼氧池(2)中驯化培养，每天采用进水、曝气、沉淀、排出上清液的循环方式，循环2个周期，共运行7天；

2)、开启兼氧池(2)内的平板膜组件(2-1)，且以单片平板膜的膜通量为5.5L/m²h进行抽吸；

4)、出现稳定磷化氢气体后，将污泥在推流作用下进入兼氧池(2)，通过平板膜组件(2-1)的抽吸将处理后污水排出装置，并净化后的磷化氢气通过集气袋(4)收集。

10.根据权利要求9所述的除磷方法，其特征在于，所述步骤2)中开启兼氧池(2)内的平板膜组件(2-1)后，运行抽吸20分钟后，利用水池(3)中净化过的水进行反冲洗1分钟。