CN107417047B - 一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法。所述装置包括：城市污水原水箱、内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器、中间水箱Ⅰ、结晶磷回收反应器、加药箱、硝化反应器、中间水箱Ⅱ。所述方法是城市污水先进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器，微生物摄取原水中的有机物转化为PHAs并释放大量的磷；然后，污水进入结晶磷回收反应器，实现磷的回收；接着，污水进入硝化反应器中，发生硝化反应；最后，污水再次内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器中，同步发生内源短程反硝化、厌氧氨氧化和反硝化除磷反应。此方法可以实现完全脱氮以及磷的回收，不仅经济高效地处理了污水，而且充分回收了资源。
Description
技术领域：
本发明涉及一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法，属于污水生物处理技术与资源回收领域。
背景技术：
氮和磷是引起河流、湖泊、海洋等水体富营养化的主要营养物质，对饮用水和生态有着潜在的威胁。随着水体富营养化问题的日益加剧，生物脱氮除磷工艺被广泛研究和应用。但是严格的排放标准意味着过高的能耗需求，传统工艺很难实现高效节能的深度脱氮除磷。因此，作为一种自养脱氮的厌氧氨氧化技术成为了当前的研究热点。内源短程反硝化可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐，为厌氧氨氧化提供稳定的底物亚硝酸盐来源，且二者都是在缺氧环境下生长，保证了两者可以很好地在同一系统中协调作用，可以避免传统短程硝化/厌氧氨氧化技术副产物硝酸盐的剩余，实现氨氮与硝酸盐的同步完全去除。另外，反硝化除磷菌与内源短程反硝化菌的代谢途径相似，也可融入该系统中协同发挥作用，实现磷的释放和吸收。
另一方面，污水中的磷是一种宝贵的资源，可作为农业肥料的重要组成部分，是一种不可再生资源。许多报告指出全球磷资源将在能够见到的未来被用尽，更加强调了磷回收的重要性。目前，有关污水处理厂主要通过化学沉淀或结晶的方式从污水或污泥发酵液中回收磷。因此，通过上述技术的特殊运行方式可以与结晶回收磷的方式进行结合，则可实现污水处理厂同步完全脱氮及磷的回收，最终实现污水处理厂的可持续发展。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法，实现将内源短程反硝化、厌氧氨氧化及反硝化除磷耦合在一个系统中，并结合磷的回收技术应用于城市污水的处理中，不仅可以达完全脱氮同步除磷、降低碳源和能源的需求及污泥产量，而且可以回收磷资源。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种完全脱氮同步回收磷的装置，包括：城市污水原水箱(1)、内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)、中间水箱Ⅰ(3)、结晶磷回收反应器(4)、加药箱(5)，硝化反应器(6)、中间水箱Ⅱ(7)；所述城市污水原水箱(1)为设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2)；所述内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)设有(2.2)排水阀Ⅰ、搅拌装置(2.3)、排水阀Ⅱ(2.4)、DO/pH在线测定仪(2.6)；所述中间水箱Ⅰ(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2)；所述结晶磷回收反应器(4)设有曝气装置Ⅰ(4.3)和取出/补充晶种口(4.4)；所述加药箱(5)为密闭箱体；所述硝化反应器(6)设有曝气装置Ⅱ(6.2)、出水口(6.3)；所述中间水箱Ⅱ(7)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(7.1)和放空管Ⅲ(7.2)。
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连接；内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)通过排水阀Ⅱ(2.4)与中间水箱Ⅰ(3)相连接；中间水箱Ⅰ(3)通过进水泵Ⅱ(4.1)和结晶磷回收反应器(4)相连；加药箱(5)通过加药泵(4.2)和结晶磷回收反应器(4)相连；结晶磷回收反应器(4)通过进水泵Ⅲ(6.1)与硝化反应器(6)相连接；硝化反应器(6)通过出水口(6.3)和间水箱Ⅱ(7)相连；中间水箱Ⅱ(7)通过进水泵Ⅳ(2.5)与内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连接。
本发明还提供了一种完全脱氮同步回收磷的方法，其具体启动与调控步骤如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化的污泥和具有厌氧氨氧化活性的污泥按照干污泥的质量比1:1投加至内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)，使污泥浓度MLSS＝2500-4000mg/L；结晶磷回收反应器(4)以粒径为0.1～0.2mm的方解石或石英砂作为晶种，钙浓度按照[Ca2+]/[PO4 3+]为1:1～5:1的质量比投加；将附着有硝化细菌的悬浮填料投加至硝化反应器(6)中，填充比为30～70％；
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，进水时间为5～10min；然后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)厌氧搅拌1～3h，沉淀排水45min，排水比20～60％，排水进入中间水箱Ⅰ(3)中；
2.2)中间水箱Ⅰ(3)，通过进水泵Ⅱ(4.1)进入结晶磷回收反应器(4)中，水力停留时间HRT＝3～6h，加药箱(5)中的钙盐按照[Ca2+]/[PO4 3+]为1:1～5:1的质量比通过加药泵(4.2)投加至结晶磷回收反应器(4)，通过曝气装置产生的上升气流带动晶种流化；定期通过取出/补充晶种口(4.4)取出载有钙磷结晶体的晶种或补充晶种使得填充率维持在40-60％；
2.3)结晶磷回收反应器(4)的出水通过进水泵Ⅲ(6.1)进入硝化反应器(6)中，水力停留时间HRT＝2～6h，通过曝气装置Ⅱ(6.2)控制反应器内DO＝2～7mg/L，出水通过出水口(6.3)进入中间水箱Ⅱ(7)中；
2.4)中间水箱Ⅱ(7)中的处理水通过进水泵Ⅳ(2.5)再次进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，进水时间为5～10min；然后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)缺氧搅拌1～2h，沉淀排水45min，排水比20～60％。
综上，本发明提供的一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法，与现有传统生物脱氮工艺相比具有以下优势：
1)可实现氮素的完全处理，同时回收磷资源，实现资源的再利用；
2)内源短程反硝化可以为厌氧氨氧化提供稳定的亚硝来源，运行控制简单，避免传统短程硝化不易达到100％的亚硝酸盐积累率而使出水中含有过多硝酸盐的问题；同时，相比传统的硝化反硝化工艺，该工艺可节省大量的碳源；
3)通过磷转移而非排泥的方式实现磷的去除，可以实现长的污泥龄，使得系统污泥排放量低，进而降低污泥处置的费用；
附图说明：
图1是本发明一种完全脱氮同步回收磷的装置结构示意图。
图中1为城市污水原水箱、2为内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器、3为中间水箱Ⅰ、4为结晶磷回收反应器、5为加药箱、6为硝化反应器、7为中间水箱Ⅱ；1.1为溢流管Ⅰ，1.2为放空管Ⅰ，2.1为进水泵Ⅰ，2.2为排水阀Ⅰ，2.3为搅拌装置、2.4为排水阀Ⅱ、2.5为进水泵Ⅳ，2.6为DO/pH在线测定仪，3.1为溢流管Ⅱ，3.2为放空管Ⅱ，4.1为进水泵Ⅱ，4.2为加药泵，4.3为曝气装置Ⅰ，6.1为进水泵Ⅲ，6.2为曝气装置Ⅱ，6.3为出水口，7.1为溢流管，7.2为放空管。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：如图1所示一种完全脱氮同步回收磷的装置：设有城市污水原水箱(1)、内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)、中间水箱Ⅰ(3)、结晶磷回收反应器(4)、加药箱(5)，硝化反应器(6)、中间水箱Ⅱ(7)；其特征在于，所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连接；内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)通过排水阀Ⅱ(2.4)与中间水箱Ⅰ(3)相连接；中间水箱Ⅰ(3)通过进水泵Ⅱ(4.1)和结晶磷回收反应器(4)相连；加药箱(5)通过加药泵(4.2)和结晶磷回收反应器(4)相连；结晶磷回收反应器(4)通过进水泵Ⅲ(6.1)与硝化反应器(6)相连接；硝化反应器(6)通过出水口(6.3)和间水箱Ⅱ(7)相连；中间水箱Ⅱ(7)通过进水泵Ⅳ(2.5)与内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连接。
城市污水在此工艺中的处理流程为：城市污水先进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器的厌氧段，微生物将污水中有机物去除并储存为内碳源(PHAs)，同时释放大量的磷；然后该含有较高浓度的上清液进入结晶磷回收反应器中，同时进入的还有钙盐，发生诱导结晶反应，定期可以回收载有钙磷结晶体的晶种；接着，污水进入硝化反应器进行硝化反应；最后，硝化液回流至内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器的缺氧段，实现氮的完全去除和磷的进一步去除。
具体试验用水取自某小区生活污水，其水质如下：COD浓度为130-280mg/L；NH4 +-N浓度为58-84mg/L，NO2 --N≤0.5mg/L，NO3 --N≤0.5mg/L，P 5～10mg/L。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器有效体积为10L，结晶回收磷反应器和硝化反应器的有效体积均为5L。
具体运行操作如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化的污泥和具有厌氧氨氧化活性的污泥按照干污泥的质量比1:1投加至内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)，使污泥浓度MLSS＝3000mg/L；结晶磷回收反应器(4)以粒径为0.15mm的方解石或石英砂作为晶种，钙浓度按照[Ca2+]/[PO4 3+]为2:1投加；将附着有硝化细菌的悬浮填料投加至硝化反应器(6)中，填充比为50％；
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，进水时间为10min；然后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)厌氧搅拌2h，沉淀排水45min，排水比50％，排水进入中间水箱Ⅰ(3)中；
2.2)中间水箱Ⅰ(3)，通过进水泵Ⅱ(4.1)进入结晶磷回收反应器(4)中，水力停留时间HRT＝6h，加药箱(5)中的钙盐按照[Ca2+]/[PO4 3+]为2:1的质量比通过加药泵(4.2)投加至结晶磷回收反应器(4)，通过曝气装置产生的上升气流带动晶种流化；定期通过取出/补充晶种口(4.4)取出载有钙磷结晶体的晶种或补充晶种使得填充率维持在40-60％；
2.3)结晶磷回收反应器(4)的出水通过进水泵Ⅲ(6.1)进入硝化反应器(6)中，水力停留时间HRT＝6h，通过曝气装置Ⅱ(6.2)控制反应器内DO＝5mg/L，出水通过出水口(6.3)进入中间水箱Ⅱ(7)中；
2.4)中间水箱Ⅱ(7)中的处理水通过进水泵Ⅳ(2.5)再次进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，进水时间为10min；然后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)缺氧搅拌2h，沉淀排水45min，排水比50％。
试验结果表明：运行稳定后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器的最终出水COD为30-50mg/L，NH4 +-N＜1mg/L，NO3 --N＜0.5mg/L，TN＜2mg/L，TP＜0.5mg/L，磷回收率维持在80％左右。
本发明一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法可广泛应用于城市污水及其他含磷有机工业废水的处理与磷的回收。
以上对本发明所提供的一种完全脱氮同步回收磷的装置和方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种完全脱氮同步回收磷的装置，其特征在于：包括城市污水原水箱(1)、内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)、中间水箱Ⅰ(3)、结晶磷回收反应器(4)、加药箱(5)，硝化反应器(6)、中间水箱Ⅱ(7)；所述城市污水原水箱(1)为设有溢流管Ⅰ(1.1)和放空管Ⅰ(1.2)；所述内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)设有排水阀Ⅰ(2.2)、搅拌装置(2.3)、排水阀Ⅱ(2.4)、DO/pH在线测定仪(2.6)；所述中间水箱Ⅰ(3)为密闭箱体，设有溢流管Ⅱ(3.1)和放空管Ⅱ(3.2)；所述结晶磷回收反应器(4)设有曝气装置Ⅰ(4.3)和取出/补充晶种口(4.4)；所述加药箱(5)为密闭箱体；所述硝化反应器(6)设有曝气装置Ⅱ(6.2)、出水口(6.3)；所述中间水箱Ⅱ(7)为密闭箱体，设有溢流管Ⅲ(7.1)和放空管Ⅲ(7.2)；
所述城市污水原水箱(1)通过进水泵Ⅰ(2.1)与内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连接；内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)通过排水阀Ⅱ(2.4)与中间水箱Ⅰ(3)相连接；中间水箱Ⅰ(3)通过进水泵Ⅱ(4.1)和结晶磷回收反应器(4)相连；加药箱(5)通过加药泵(4.2)和结晶磷回收反应器(4)相连；结晶磷回收反应器(4)通过进水泵Ⅲ(6.1)与硝化反应器(6)相连接；硝化反应器(6)通过出水口(6.3)和中间水箱Ⅱ(7)相连；中间水箱Ⅱ(7)通过进水泵Ⅳ(2.5)与内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)相连接。
2.应用如权利要求1所述装置进行完全脱氮同步回收磷的方法，其特征在于，具体启动与调控步骤如下：
1)启动系统：将具有内源短程反硝化的污泥和具有厌氧氨氧化活性的污泥按照干污泥的质量比1:1投加至内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)，使污泥浓度MLSS＝2500-4000mg/L；结晶磷回收反应器(4)以粒径为0.1～0.2mm的方解石或石英砂作为晶种，钙浓度按照[Ca2+]/[PO4 3+]为1:1～5:1的质量比投加；将附着有硝化细菌的悬浮填料投加至硝化反应器(6)中，填充比为30～70％；
2)运行时调节操作如下：
2.1)城市污水原水箱(1)中的污水通过进水泵Ⅰ(2.1)进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，进水时间为5～10min；然后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)厌氧搅拌1～3h，沉淀排水45min，排水比20～60％，排水进入中间水箱Ⅰ(3)中；
2.2)中间水箱Ⅰ(3)，通过进水泵Ⅱ(4.1)进入结晶磷回收反应器(4)中，水力停留时间HRT＝3～6h，加药箱(5)中的钙盐按照[Ca2+]/[PO4 3+]为1:1～5:1的质量比通过加药泵(4.2)投加至结晶磷回收反应器(4)，通过曝气装置产生的上升气流带动晶种流化；定期通过取出/补充晶种口(4.4)取出载有钙磷结晶体的晶种或补充晶种使得填充率保持在40％-60％；
2.3)结晶磷回收反应器(4)的出水通过进水泵Ⅲ(6.1)进入硝化反应器(6)中，水力停留时间HRT＝2～6h，通过曝气装置Ⅱ(6.2)控制反应器内DO＝2～7mg/L，出水通过出水口(6.3)进入中间水箱Ⅱ(7)中；
2.4)中间水箱Ⅱ(7)中的处理水通过进水泵Ⅳ(2.5)再次进入内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)中，进水时间为5～10min；然后，内源短程反硝化/厌氧氨氧化一体化反应器(2)缺氧搅拌1～2h，沉淀排水45min，排水比20～60％。
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