CN108751572A - 一种强化脱氮除磷的废水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种强化脱氮除磷的废水处理装置及方法，装置包括依次连接的MAP反应器、好氧池和二沉池，MAP反应器由成一体的上部圆柱体结构和下部漏斗结构组成，其内设有搅拌推流器，还设有导流板、双层挡板和折流板。方法包括：从MAP反应器的回流污泥口引入回流污泥；再从进水口引入含氮磷废水；从加药口投加硫化钠溶液；再投加镁剂进行结晶反应；静置分层，将上层污水排出至好氧池；污水在好氧池中进一步脱磷处理；接下来在二沉池内进行泥水分离处理，上清液排放或者进一步深度处理，污泥作为回流污泥返回至MAP反应器中。本发明能大大减少原废水处理的化学药剂添加量和污泥产量，并回收磷酸铵镁作为肥料，保证出水达标的同时回收资源。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种强化脱氮除磷的废水处理装置及方法。
背景技术
随着工农业生产的发展，人口的增长，人类赖以生存的水资源正在遭到多种来源的污染。特别是氮和磷，其作为生物体的重要营养元素之一，进入水体引发的水体富营养化问题已引起人们极大的关注。因此，废水中氮和磷的处理已成为当前废水处理中的热点。
目前含氮磷废水的处理方法很多，但均有不同程度的缺点，尤其对于含高浓度氨和磷酸盐的废水，一般的生化方法处理效果不够理想，而常规的铝、铁、钙盐除磷等化学沉淀方法将产生大量难以处理的污泥，而且这些方法无法回收废水中的氮磷营养元素。20世纪60年代以来，人们开始研究应用磷酸铵镁（magnesium ammonium phosphate，MAP）沉淀法去除和回收废水中的氮磷。MAP英文俗名为struvite，中文称鸟粪石，是一种难溶于水的无色、白色（脱水后）、黄色、棕色或浅灰色的晶体，含有氮、磷两种营养元素，是一种很好的缓释化肥，国外已成功地将其推向化肥市场。因此，研究MAP沉淀法去除和回收氮磷的基本原理、影响因素、应用条件以及进行技术经济分析，对于含高浓度氮磷废水的处理以及氮磷回收具有重要意义。
目前MAP沉淀法去除和回收氮磷方法存在以下几个问题：
（1）传统MAP结晶方法使用氧化镁、氯化镁作为镁剂，有时还要额外添加磷酸盐或者铵盐，运行成本较高；
（2）传统MAP结晶方法需要原水中有很高浓度的氮、磷离子，否则将极大地影响MAP结晶效率；
（3）传统MAP结晶方法需要将废水的pH值调节至9~10，额外增加运行成本；
（4）废水中含有多种干扰离子，其中，金属阳离子与磷酸盐反应产生沉淀，影响MAP结晶反应。
因此，有必要开发新的脱氮除磷技术来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种强化脱氮除磷的废水处理装置及方法，能大大减少原废水处理的化学药剂添加量和污泥产量，并且回收磷酸铵镁作为肥料，保证出水达标的同时回收资源，具有简单可靠、操作方便、价格低廉的优点。
本发明的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种强化脱氮除磷的废水处理装置，包括依次连接的MAP反应器、好氧池和二沉池，所述MAP反应器由成一体的上部圆柱体结构和下部漏斗结构组成，所述漏斗结构的侧壁设有进水口、出水口、回流污泥口和加药口，所述漏斗结构的底部设有排泥口；所述MAP反应器内设有搅拌推流器，所述搅拌推流器外接电机；所述MAP反应器内还设有两个导流板、双层挡板和若干个折流板，所述两个导流板以所述搅拌推流器的中轴为对称设置于所述双层挡板的内层挡板上，所述若干个折流板分别位于所述MAP反应器壁和所述双层挡板的外层挡板上并交错分布。
进一步地，所述漏斗结构的高度为所述MAP反应器高度的0.5~0.6倍，所述漏斗结构的角度为60~75°。
进一步地，所述导流板为以斜边为上下排列的梯形结构，并且上斜边与所述内层挡板的夹角为60°，下斜边与所述内层挡板的夹角为30°，较短底边的长度为10~20m。
进一步地，所述双层挡板为圆柱体结构，其高度为所述MAP反应器高度的0.6~0.7倍，直径为所述MAP反应器上部圆柱体结构直径的0.3~0.35倍。
进一步地，所述折流板与所述MAP反应器壁的夹角为60°，所述折流板的长度为1.0~2.5m。
进一步地，所述好氧池采用完全混合式好氧池。
进一步地，所述二沉池采用平流式、竖流式或者辐流式二沉池。
第二个方面，本发明提供一种强化脱氮除磷的废水处理方法，是采用上述装置，包括以下步骤：
（1）从MAP反应器的回流污泥口引入含聚磷菌的回流污泥至液面到达漏斗结构顶部后启动搅拌推流器；
（2）从MAP反应器的进水口引入含氮磷废水至液面进一步到达双层挡板的外层挡板顶部；
（3）从MAP反应器的加药口投加硫化钠溶液并混合均匀；
（4）从MAP反应器的加药口投加镁剂进行结晶反应，获得含磷酸铵镁结晶的混合污水；
（5）结晶反应结束后静置分层，将上层污水从排水口排出至好氧池，直至液面到达漏斗结构顶部，再将下层含磷酸铵镁结晶的污泥从排泥口排出，直至液面高度到达漏斗结构的1/4~1/5处，排出的含磷酸铵镁结晶的污泥作为混合肥料回收；
（6）将污水在好氧池中进一步脱磷处理，处理完毕后将脱磷污水排至二沉池；
（7）将脱磷污水在二沉池内进行泥水分离处理，将沉淀后的上清液排放或者进一步深度处理，将沉淀后的污泥作为回流污泥返回至MAP反应器中。
进一步地，所述步骤（1）中回流污泥进泥流速为1m/s，搅拌推流器过流量为800~2400m3/h。
进一步地，所述步骤（2）中含氮磷废水进水流速为1~2m/s，进水压力比MAP反应器高度增加3~5m。
进一步地，所述步骤（3）中硫化钠溶液的质量浓度为8~10%，投加量以硫化钠中的硫与废水中的磷摩尔比为0.1~0.15:1计。
进一步地，所述步骤（4）中镁剂为苦卤水或者六水合氯化镁，投加量以镁剂中的镁与废水中的磷摩尔比为0.75~0.85:1计。
本发明具有以下几个特点：
（1）MAP反应器内为厌氧，厌氧的主要作用有两个：① 厌氧释放磷，即在厌氧条件下，污泥中的聚磷菌将其体内的聚合磷酸盐分解并释放出来；② 氨化，在兼性细菌的作用下将原废水中的含氮物质转化成氨氮。
（2）加入含聚磷菌的回流污泥的作用为在好氧池中过分吸磷的聚磷菌回到厌氧池释磷；二沉池不排放剩余污泥。
（3）投加硫化钠作为抗干扰剂，其主要作用有两个：① 可以与多种金属离子形成难溶的沉淀物质，促进磷的释放；② 可能使反应器中的pH值上升，最大上升到11，最后稳定在8左右，促进MAP结晶反应。
（4）投加苦卤水或六水合氯化镁作为镁剂，与氨氮、磷酸盐生成磷酸铵镁结晶；苦卤水是制盐工业中的剩余废液，若不易取得，可采用六水合氯化镁，与氧化镁、硫酸镁和氯化镁相比，前两者具有几点优势：① 价格低廉；② 运输贮存较易。
本发明的有益效果为：
（1）与传统除磷方法相比，减少化学除磷药剂添加量约90~100%，降低运行费用的同时降低剩余污泥产量；
（2）在系统中投加硫化钠，提高磷释率的同时还能调节废水的pH值，并且反应过后，pH值能保持在8.0左右，舍去pH值先调碱性再调酸性两道流程，缩短反应流程，降低运行费用；
（3）与传统MAP结晶法相比，降低了镁剂的用量，这是因为本发明与传统生物除磷方法相结合，废水中的一部分磷作为生物质能量被消耗，还有一部分磷，被聚磷菌吸收后，未全部释放就作为剩余污泥排放，这部分磷也可以作为肥料被土壤植物利用；
（4）与传统MAP结晶反应器相比，本发明采用搅拌推流器和带压进水，利用导流板在反应器中形成较长路径的循环流，增强了晶体反应路程，并且利用折流板诱导结晶，极大地增加了结晶反应效率。
附图说明
图1 为本发明的强化脱氮除磷的废水处理装置的结构示意图，其中，A为MAP结晶反应器，B为好氧池，C为二沉池，直线为污水管道，右向箭头为水流方向，虚线为污泥管道，左向箭头为污泥流动方向。
图2 为本发明的MAP结晶反应器的结构示意图，其中，a——圆柱体结构；b——进水管；c——回流污泥管；d——加药管（1）；e——加药管（2）；f——排泥管；g——出水管；h——整流均布器；i——导流板；j——搅拌推流器；k——内层挡板；l——转轴；m——电机；n——折流板；o——漏斗结构，p-外层挡板。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的具体实施例提供一种强化脱氮除磷的废水处理装置，其结构如图1和2所示，包括依次连接的MAP反应器A、好氧池B和二沉池C，所述MAP反应器A由成一体的上部圆柱体结构a和下部漏斗结构o组成，并且所述漏斗结构o的高度为所述MAP反应器A高度的0.5~0.6倍，所述漏斗结构o的角度为60~75°。
所述漏斗结构o的侧壁设有进水口、出水口、回流污泥口和加药口，这几个口分别插设进水管b、出水管g、回流污泥管c和加药管（1）与（2），所述漏斗结构o的底部设有排泥口，排泥口上插设有排泥管f；所述MAP反应器A内设有搅拌推流器j，所述搅拌推流器j外接电机m，用于提供搅拌推流动力；所述MAP反应器o内还设有两个导流板i、双层挡板和8个折流板n，所述两个导流板i以所述搅拌推流器j的中轴为对称设置于所述双层挡板的内层挡板k上，所述8个折流板分别位于所述MAP反应器壁和所述双层挡板的外层挡板p上并交错分布。
所述导流板i为以斜边为上下排列的梯形结构，并且上斜边与所述内层挡板k的夹角为60°，下斜边与所述内层挡板k的夹角为30°，较短底边的长度为10~20m。
所述双层挡板为圆柱体结构，其高度为所述MAP反应器A高度的0.6~0.7倍，直径为所述MAP反应器上部圆柱体结构a直径的0.3~0.35倍。
所述折流板n与所述MAP反应器壁的夹角为60°，所述折流板n的长度为1.0~2.5m。
所述好氧池B采用完全混合式好氧池，比如，可以为AAO、AO中的好氧池，也可以为SBR池或CASS池，还可以为单一的好氧池，混合全池污水的所需功率>35W/m3，污泥浓度MLSS>2.0g/L。
所述二沉池C采用平流式、竖流式或者辐流式二沉池，表面水力负荷为0.8—1.0m3/(m2·h)。
实施例1
将来自沈阳某化学合成类制药企业的氮磷废水采用上述装置进行脱氮除磷处理，该装置中，漏斗结构的高度为MAP反应器高度的0.6倍，漏斗结构的角度为75°，导流板较短底边的长度为10m，双层挡板高度为MAP反应器高度的0.7倍，直径为所述MAP反应器上部圆柱体结构直径的0.35倍，折流板n的长度为2.5m。具体步骤如下：
（1）从MAP反应器的回流污泥口引入含聚磷菌的回流污泥至液面到达漏斗结构顶部后启动搅拌推流器，其中回流污泥进泥流速为1m/s，搅拌推流器过流量为1400m3/h，回流污泥中的聚磷菌在厌氧条件下释磷从而提高反应器内磷浓度，增加结晶速率；
（2）从MAP反应器的进水口引入含氮磷废水至液面进一步到达双层挡板的外层挡板顶部，其中含氮磷废水进水流速为2m/s，进水压力比MAP反应器高度增加5m，含氮磷废水及回流污泥中释出的磷共同作为磷结晶源待处理；
（3）从MAP反应器的加药口投加质量浓度为9%的硫化钠溶液并混合均匀，投加量以硫化钠中的硫与废水中的磷摩尔比为0.1:1计；
（4）从MAP反应器的加药口投加苦卤水进行结晶反应，投加量以苦卤水中的镁与废水中的磷摩尔比为0.75:1计，反应2h后获得含磷酸铵镁结晶的混合污水；
（5）静置分层，将上层污水从排水口排出至好氧池，直至液面到达漏斗结构顶部，再将下层含磷酸铵镁结晶的污泥从排泥口排出，直至液面高度到达漏斗结构的1/5处，排出的含磷酸铵镁结晶的污泥作为混合肥料回收；
（6）将混合污水在好氧池中进一步脱磷处理，混合污水中聚磷菌在好氧作用下过度吸磷，处理完毕后将脱磷污水排至二沉池；
（7）将脱磷污水在二沉池内进行泥水分离处理，将沉淀后的上清液排放，将沉淀后的污泥作为回流污泥返回至MAP反应器中进行下一批次的脱氮除磷反应。
本实施例的处理结果如表1所示：
表1
实施例2
将来自辽宁某磷肥企业的氮磷废水采用同实施例1的装置进行脱氮除磷处理，具体步骤如下：
（1）从MAP反应器的回流污泥口引入含聚磷菌的回流污泥至液面到达漏斗结构顶部后启动搅拌推流器，其中回流污泥进泥流速为1m/s，搅拌推流器过流量为2200m3/h，回流污泥中的聚磷菌在厌氧条件下释磷从而提高反应器内磷浓度，增加结晶速率；
（2）从MAP反应器的进水口引入含氮磷废水至液面进一步到达双层挡板的外层挡板顶部，其中含氮磷废水进水流速为2m/s，进水压力比MAP反应器高度增加4m，含氮磷废水及回流污泥中释出的磷共同作为磷结晶源待处理；
（3）从MAP反应器的加药口投加质量浓度为9%的硫化钠溶液并混合均匀，投加量以硫化钠中的硫与废水中的磷摩尔比为0.1:1计；
（4）从MAP反应器的加药口投加苦卤水进行结晶反应，投加量以苦卤水中的镁与废水中的磷摩尔比为0.80:1计，反应2h后获得含磷酸铵镁结晶的混合污水；
（5）静置分层，将上层污水从排水口排出至好氧池，直至液面到达漏斗结构顶部，再将下层含磷酸铵镁结晶的污泥从排泥口排出，直至液面高度到达漏斗结构的1/5处，排出的含磷酸铵镁结晶的污泥作为混合肥料回收；
（6）将混合污水在好氧池中进一步脱磷处理，混合污水中聚磷菌在好氧作用下过度吸磷，处理完毕后将脱磷污水排至二沉池；
（7）将脱磷污水在二沉池内进行泥水分离处理，将沉淀后的上清液排放，将沉淀后的污泥作为回流污泥返回至MAP反应器中进行下一批次的脱氮除磷反应。
本实施例的处理结果如表2所示：
表2
实施例3
将来自沈阳某养猪场废水的氮磷废水采用上述装置进行脱氮除磷处理，该装置中，漏斗结构的高度为MAP反应器高度的0.6倍，漏斗结构的角度为60°，导流板较短底边的长度为15m，双层挡板高度为MAP反应器高度的0.7倍，直径为所述MAP反应器上部圆柱体结构直径的0.3倍，折流板n的长度为2m。具体步骤如下：
（1）从MAP反应器的回流污泥口引入含聚磷菌的回流污泥至液面到达漏斗结构顶部后启动搅拌推流器，其中回流污泥进泥流速为1m/s，搅拌推流器过流量为1800m3/h，回流污泥中的聚磷菌在厌氧条件下释磷从而提高反应器内磷浓度，增加结晶速率；
（2）从MAP反应器的进水口引入含氮磷废水至液面进一步到达双层挡板的外层挡板顶部，其中含氮磷废水进水流速为1m/s，进水压力比MAP反应器高度增加3m，含氮磷废水及回流污泥中释出的磷共同作为磷结晶源待处理；
（3）从MAP反应器的加药口投加质量浓度为10%的硫化钠溶液并混合均匀，投加量以硫化钠中的硫与废水中的磷摩尔比为0.15:1计；
（4）从MAP反应器的加药口投加苦卤水进行结晶反应，投加量以苦卤水中的镁与废水中的磷摩尔比为0.85:1计，反应2h后获得含磷酸铵镁结晶的混合污水；
（5）静置分层，将上层污水从排水口排出至好氧池，直至液面到达漏斗结构顶部，再将下层含磷酸铵镁结晶的污泥从排泥口排出，直至液面高度到达漏斗结构的1/5处，排出的含磷酸铵镁结晶的污泥作为混合肥料回收；
（6）将混合污水在好氧池中进一步脱磷处理，混合污水中聚磷菌在好氧作用下过度吸磷，处理完毕后将脱磷污水排至二沉池；
（7）将脱磷污水在二沉池内进行泥水分离处理，将沉淀后的上清液排放，将沉淀后的污泥作为回流污泥返回至MAP反应器中进行下一批次的脱氮除磷反应。
本实施例的处理结果如表3所示：
表3
采用本发明具体实施例中的脱氮除磷方法，结晶反应器中的磷酸铵镁结晶和厌氧污泥作为混合肥料可全部回用，资源回收利用率大大提高。
综上，本发明能大大减少原废水处理的化学药剂添加量和污泥产量，并且回收磷酸铵镁作为肥料，保证出水达标的同时回收资源，具有方法简单、操作简便、价格低廉、大大降低污水处理厂运行成本的优点。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种强化脱氮除磷的废水处理装置，其特征在于，包括依次连接的MAP反应器、好氧池和二沉池，所述MAP反应器由成一体的上部圆柱体结构和下部漏斗结构组成，所述漏斗结构的侧壁设有进水口、出水口、回流污泥口和加药口，所述漏斗结构的底部设有排泥口；所述MAP反应器内设有搅拌推流器，所述搅拌推流器外接电机；所述MAP反应器内还设有两个导流板、双层挡板和若干个折流板，所述两个导流板以所述搅拌推流器的中轴为对称设置于所述双层挡板的内层挡板上，所述若干个折流板分别位于所述MAP反应器壁和所述双层挡板的外层挡板上并交错分布。
2.根据权利要求1所述的一种强化脱氮除磷的废水处理装置，其特征在于，所述漏斗结构的高度为所述MAP反应器高度的0.5~0.6倍，所述漏斗结构的角度为60~75°。
3.根据权利要求1所述的一种强化脱氮除磷的废水处理装置，其特征在于，所述导流板为以斜边为上下排列的梯形结构，并且上斜边与所述内层挡板的夹角为60°，下斜边与所述内层挡板的夹角为30°，较短底边的长度为10~20m。
4.根据权利要求1所述的一种强化脱氮除磷的废水处理装置，其特征在于，所述双层挡板为圆柱体结构，其高度为所述MAP反应器高度的0.6~0.7倍，直径为所述MAP反应器上部圆柱体结构直径的0.3~0.35倍。
5.根据权利要求1所述的一种强化脱氮除磷的废水处理装置，其特征在于，所述折流板与所述MAP反应器壁的夹角为60°，所述折流板的长度为1.0~2.5m。
6.一种强化脱氮除磷的废水处理方法，是采用权利要求1所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：
（1）从MAP反应器的回流污泥口引入含聚磷菌的回流污泥至液面到达漏斗结构顶部后启动搅拌推流器；
（2）从MAP反应器的进水口引入含氮磷废水至液面进一步到达双层挡板的外层挡板顶部；
（3）从MAP反应器的加药口投加硫化钠溶液并混合均匀；
（4）从MAP反应器的加药口投加镁剂进行结晶反应，获得含磷酸铵镁结晶的混合污水；
（5）结晶反应结束后静置分层，将混合污水从排水口排出至好氧池，直至液面到达漏斗结构顶部，再将含磷酸铵镁结晶的污泥从排泥口排出，直至液面高度到达漏斗结构的1/4~1/5处，排出的含磷酸铵镁结晶的污泥作为混合肥料回收；
（6）将混合污水在好氧池中进一步脱磷处理，处理完毕后将脱磷污水排至二沉池；
（7）将脱磷污水在二沉池内进行泥水分离处理，将沉淀后的上清液排放或者进一步深度处理，将沉淀后的污泥作为回流污泥返回至MAP反应器中。
7.根据权利要求6所述的一种强化脱氮除磷的废水处理方法，其特征在于，所述步骤（1）中回流污泥进泥流速为1m/s，搅拌推流器过流量为800~2400m3/h。
8.根据权利要求6所述的一种强化脱氮除磷的废水处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中含氮磷废水进水流速为1~2m/s，进水压力比MAP反应器高度增加3~5m。
9.根据权利要求6所述的一种强化脱氮除磷的废水处理方法，其特征在于，所述步骤（3）中硫化钠溶液的质量浓度为8~10%，投加量以硫化钠中的硫与废水中的磷摩尔比为0.1~0.15:1计。
10.根据权利要求6所述的一种强化脱氮除磷的废水处理方法，其特征在于，所述步骤（4）中镁剂为苦卤水或者六水合氯化镁，投加量以镁剂中的镁与废水中的磷摩尔比为0.75~0.85:1计。
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