CN106915819B

CN106915819B - 限流可变除磷反应器及其废水除磷方法

Info

Publication number: CN106915819B
Application number: CN201710159075.8A
Authority: CN
Inventors: 郑平; 邱琳; 桂嘉烯; 吴浩
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: CN106915819A

Abstract

本发明公开了一种限流可变除磷反应器及其废水除磷方法。反应器本体从下到上顺次设有进水区、可变反应区和沉淀区，进水区下部设有排渣口、污泥斗，进水区设置进水管、曝气管和进药管，可变反应区设有控制法兰、承托分隔网、排泥口、回流口；沉淀区设有溢流口、出水管、回流管。本发明结合絮凝、吸附、过滤、结晶除磷，兼顾除磷蓄磷；各单元功能互补，结构紧凑，占地面积小；反应区可调，操作灵活多变；以生物污泥为介体，以废治废，再利用潜能大。

Description

限流可变除磷反应器及其废水除磷方法

技术领域

本发明涉及处理含磷废水的反应器，尤其涉及一种限流可变除磷反应器及其废水除磷方法。

背景技术

磷是造成水体富营养化的主要限制因素，但同时是生物生长繁殖所必需的营养元素。人类生活生产过程产生的含磷废水过度排放至水体易造成水体富营养化，破坏生态平衡，同时对人类的生活活动产生不利影响，因此废水除磷可从源头上控制水体富营养化的产生。另一方面，随着经济增长、生产加剧，人们对磷的需求越来越大。据报道，全球已知磷矿资源只能维持100年左右，因此磷资源的回收利用是平衡磷素循环的重要环节。将废水中的磷去除同时进行回收的方法兼具除污蓄磷的优点而愈受关注。

环境治理过程中产生大量的剩余生物污泥，存在严峻的处理处置问题，同时这些剩余污泥亦是可观的资源，如何将难以处置的剩余污泥进行回收利用亦是环境资源领域的热点。

磷回收技术以磷酸盐和沉淀剂进行化学沉淀结晶的方式为主。其中又以鸟粪石(MAP)结晶法和羟基磷灰石(HAP)结晶法研究最为广泛，这类方法既能去除废水中的磷，又能从产物中回收磷，因而受到学术界和产业界的青睐。但化学结晶除磷法操作复杂，运行成本高，到目前为止大部分研究仍停留在实验室层面，鲜有工程应用。

本发明将化学沉淀除磷法与结晶除磷法相结合，利用剩余污泥床层的截留、吸附、助晶作用，开发兼具除磷、蓄磷、减少剩余污泥的反应器，增加反应器高径比以限制废水流向，加强截留能力，延长结晶时间，实现磷的去除与回收，而且利用剩余污泥作为晶核，可缓解剩余污泥处置压力。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，并提供一种限流可变除磷反应器及其废水除磷方法。本发明所采用的技术方案如下：

限流可变除磷反应器，反应器本体从下到上顺次分为进水区、反应区和沉淀区，进水区底部为漏斗状的污泥斗，污泥斗底部开设排渣口，排渣口上方设有曝气管、进水管和进药管，且三条管路出口均穿过反应器外壁，进入进水区内腔；反应区呈直筒状，且外壁上开设有若干个排泥口；反应区底部通过控制法兰连接进水区，且控制法兰上固定有覆盖反应区底部横截面的承托分隔网；沉淀区下部呈倒锥台形，上部呈直筒状，且其直径大于反应区直径，其侧壁上设有溢流口和出水管，并通过回流管连接位于反应区中间位置的回流口，形成回路。

所述的反应区高径比为8～16，进水区、反应区和沉淀区的体积比为1:4～8:3～5。

所述的进水管与进药管呈180°相对放置，曝气管出口方向与进水管、进药管皆成90°，曝气管延伸至反应器截面中心，进药管、进水管延伸至反应器截面近中心1/3半径处。

所述的承托分隔网孔径0.5～2mm，承托分隔网可拆卸式固定于控制法兰上，通过拆卸以调节反应区大小及絮凝混合方式。

所述的排泥口数量为3个，等间距分布于反应区侧面供周期性分段排泥。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述限流可变除磷反应器的废水除磷方法，其步骤如下：首先通过控制法兰夹紧承托分隔网，从反应器顶部添加生物污泥至反应区上部，填充高度为反应区的3/4～4/5，生物污泥由承托分隔网承托；进水管与进药管同时进水进药，废水与药剂在进水区内混合反应，水流携带部分反应产物进入反应区；随水流向上的反应产物被生物污泥床层截留，并在生物污泥上进行吸附、结晶，使废水通过反应区进一步除磷；上升水流通过沉淀区沉淀带出的生物污泥，通过溢流口和出水管排出；部分出水通过回流口回流至反应区中段，进行再次除磷；每隔10～20个水力停留时间，停止进水进药，通过曝气管通入空气，曝气强度为10～15L/(m²·s)，曝气时间为5～10min，防止生物污泥层板结；待下层生物污泥明显附着白色结晶后从下部排泥口回收结晶污泥，再由上层补充新鲜生物污泥，由此完成床层更新，回收结晶污泥。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：1)反应器相邻单元功能互补，结构简洁紧凑，占地面积小；2)反应器具有大的高径比，可以限制水流方向，提高床层利用率，增强截留吸附能力，延长结晶时间；3)法兰与承托分隔网组合，灵活多变，控制反应区大小及混合方式；4)分段排泥，剩余污泥利用充分；5)出水回流至中段床层，强化上部区域结晶。

附图说明

图1是限流可变除磷反应器结构示意图；

图2是限流可变除磷反应器A-A剖视图；

图中：排渣口1、污泥斗2、曝气管3、进水管4、进药管5、控制法兰6、承托分隔网7、排泥口8、回流口9、溢流口10、出水管11、回流管12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1、2所示，限流可变除磷反应器本体从下到上顺次分为进水区I、反应区II和沉淀区III，进水区I底部为漏斗状的污泥斗2，污泥斗2底部开设排渣口1，排渣口1上方设有曝气管3、进水管4和进药管5，且三条管路出口均穿过反应器外壁，进入进水区I内腔；反应区II呈直筒状，且外壁上开设有若干个排泥口8；反应区II底部通过控制法兰6连接进水区I，且控制法兰6上固定有覆盖反应区II底部横截面的承托分隔网7；沉淀区III下部呈倒锥台形，上部呈直筒状，且直筒部分的直径大于反应区II直径，其侧壁上设有溢流口10和出水管11。沉淀区III通过回流管12连接位于反应区II中间位置的回流口9，形成回路。

反应器高径比为10～20，反应区II高径比为8～16，进水区I、反应区II和沉淀区III的体积比为1:4～8:3～5。进水管4与进药管5呈180°相对放置，曝气管3与进水管4、进药管5皆成90°，曝气管3延伸至反应器截面中心，进药管5、进水管4分别延伸至反应器截面距离中心1/3半径处。控制法兰6位于反应区底部，承托分隔网7孔径0.5～2mm，承托分隔网7可拆卸式固定于控制法兰6上，通过拆卸以调节反应区II大小及絮凝混合方式。承托分隔网7被控制法兰6夹紧时，反应区II与进水区I分隔，生物污泥被承托在进水区I之上，废水与除磷药剂先在进水区I率先接触反应，生成的产物被水流带至反应区II，被反应区II内的生物污泥截留吸附，并在生物污泥表面继续与废水反应结晶，达到二次除磷，增强了结晶性能。取掉承托分隔网7后，进水区I与反应区II连通，进水区I转变为反应区II的一部分，生物污泥填充进水区I和反应区II，废水和除磷药剂浸润生物污泥，再在生物污泥表面及堆叠的微域内进行反应，限制除磷药剂的浓度扩散，增强了微域除磷性能。3个排泥口等间距分布于反应区II侧面供周期性分段排泥，周期为10～20个水力停留时间。底部排泥口主要用于排出已结晶的颗粒污泥，中部及上部排泥口主要用于及时排查生物污泥反应状态及废水除磷进度。回流管11位于溢流口10左下方，与回流口9相连，回流口9位于反应区II中间位置。由于上层污泥较下层污泥更晚接触废水，因此上层污泥利用较下层污泥更慢，尚存较大处理能力，将出水部分回流至反应器中部，水中的磷素进一步被上部生物污泥吸附，在生物污泥堆体内形成的微域内与除磷剂反应，充分利用上层生物污泥的吸附拦截能力，同时达到强化除磷的目的。

限流可变除磷反应器外壳可用PVC和钢板制作，承托分隔网7可用铁丝网或PP或PVC制作。利用该限流可变除磷反应器的废水除磷方法步骤如下：首先通过控制法兰6夹紧承托分隔网7，从反应器顶部添加生物污泥至反应区II上部，填充高度约为反应区II的3/4～4/5，生物污泥由承托分隔网7承托；进水管4与进药管5同时进水进药，废水与除磷药剂(可选用氯化钙、氯化亚铁、氯化铝等)在进水区I内混合反应，水流携带部分反应产物进入反应区II；随水流向上的反应产物被生物污泥床层截留，并在生物污泥上进行吸附、结晶，使废水通过反应区II进一步除磷；上升水流通过沉淀区III沉淀带出的生物污泥，通过溢流口10和出水管11排出；部分出水通过回流口9回流至反应区II中段，进行再次除磷；每隔10～20个水力停留时间，停止进水进药，通过曝气管3通入空气，曝气强度为10～15L/(m²·s)，曝气时间为5～10min，防止生物污泥层板结；待下层生物污泥明显附着白色结晶后从下部排泥口8回收结晶污泥，再由上层补充新鲜生物污泥，由此完成床层更新，回收结晶污泥。

本发明中反应器利用窄小的反应区横截面限制水流方向，减少短流，增强除磷及磷回收效果。反应区II中8～16的高径比使得反应区横截面积缩小，相比于同等体积下下低高径比的反应区而言，本发明反应区水流方向横向受到限制，水流与生物污泥接触更充分，有利于促进吸附、结晶。通过进水区的直接混合反应及反应区的过滤、吸附、结晶，增强除磷效果。通过生物污泥的截留、吸附及微域过饱和结晶，提高磷回收率。通过定时空气冲洗，防止结晶生物污泥板结。通过定期分段排泥，回收结晶生物污泥，同时提高反应区剩余生物污泥利用率。

在图1所示的限流可变除磷反应器中采用前述工艺对废水进行处理，实际运行可知，当进水C_p＝76.89mg/L、pH＝10、Ca/P＝2.00、HRT＝60min的条件下，除磷稳定在90％左右，比未添加生物污泥的低高径比反应器的除磷率高约10个百分点，比添加生物污泥的低高径比反应器的除磷率高约4个百分点。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种利用限流可变除磷反应器的废水除磷方法，其特征在于，所述限流可变除磷反应器的反应器本体从下到上顺次分为进水区（I）、反应区（II）和沉淀区（III），进水区（I）底部为漏斗状的污泥斗（2），污泥斗（2）底部开设排渣口（1），排渣口（1）上方设有曝气管（3）、进水管（4）和进药管（5），且三条管路出口均穿过反应器外壁，进入进水区（I）内腔；反应区（II）呈直筒状，且外壁上开设有若干个排泥口（8）；反应区（II）底部通过控制法兰（6）连接进水区（I），且控制法兰（6）上固定有覆盖反应区（II）底部横截面的承托分隔网（7）；沉淀区（III）下部呈倒锥台形，上部呈直筒状，且其直径大于反应区（II）直径，其侧壁上设有溢流口（10）和出水管（11），并通过回流管（12）连接位于反应区（II）中间位置的回流口（9），形成回路；

所述废水除磷方法的步骤如下：首先通过控制法兰（6）夹紧承托分隔网（7），从反应器顶部添加生物污泥至反应区（II）上部，填充高度为反应区（II）的3/4~4/5，生物污泥由承托分隔网（7）承托；进水管（4）与进药管（5）同时进水进药，废水与药剂在进水区（I）内混合反应，水流携带部分反应产物进入反应区（II）；随水流向上的反应产物被生物污泥床层截留，并在生物污泥上进行吸附、结晶，使废水通过反应区（II）进一步除磷；上升水流通过沉淀区（III）沉淀带出的生物污泥，通过溢流口（10）和出水管（11）排出；部分出水通过回流口（9）回流至反应区（II）中段，进行再次除磷；每隔10~20个水力停留时间，停止进水进药，通过曝气管（3）通入空气，曝气强度为10~15 L/(m²·s)，曝气时间为5~10 min，防止生物污泥层板结；待下层生物污泥明显附着白色结晶后从下部排泥口（8）回收结晶污泥，再由上层补充新鲜生物污泥，由此完成床层更新，回收结晶污泥；

所述的承托分隔网（7）孔径0.5~2 mm，承托分隔网（7）可拆卸式固定于控制法兰（6）上，通过拆卸以调节反应区大小及絮凝混合方式。

2.根据权利要求1所述的利用限流可变除磷反应器的废水除磷方法，其特征在于：所述的反应区（II）高径比为8~16，进水区（I）、反应区（II）和沉淀区（III）的体积比为1 : 4~8 :3~5。

3.根据权利要求1所述的利用限流可变除磷反应器的废水除磷方法，其特征在于：所述的进水管（4）与进药管（5）呈180°相对放置，曝气管（3）出口方向与进水管（4）、进药管（5）皆成90°，曝气管（3）延伸至反应器截面中心，进药管（5）、进水管（4）延伸至反应器截面近中心1/3半径处。

4.根据权利要求1所述的利用限流可变除磷反应器的废水除磷方法，其特征在于：所述的排泥口（8）数量为3个，等间距分布于反应区（II）侧面供周期性分段排泥。