CN108975626B - 一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明在于提供一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置，回收利用富营养化水体中氮磷，并将污水厂污泥与其中的氮磷制备出适于应用的污泥缓释肥，既解决了大量污泥无法合理处置的问题，又将氮磷合理资源化，不仅减少了环境污染，还为企业带来了新的收益。

Description

一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置

技术领域

本发明属于环境保护领域，特别涉及一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置。

背景技术

随着中国社会经济的高速发展和居民生活水平的不断提高，水族馆、人工湖等城市景观水体的规模正在不断扩大。景观水体本身一般不具备流动性，复氧能力有限，水体自净能力较差。水体富营养化趋势的加剧，氮磷等营养物质的去除已成为城市景观水体的主要污染物质，如何保障景观水水质状况是人们所面临的一项难题。现有的污水处理厂处理工艺并不适用于处理景观水体。并且，受土地面积和景观水处理技术要求制约，如何开发低成本、高效能、可灵活使用的景观水水质保障技术，是水处理技术发展亟待解决的一个重要问题。

现有景观水处理工艺大致可以分为以下两大类：

一、以微生物净化和植物净化为主的生态浮岛类处理工艺。这类工艺主要利用对污染物的吸附拦截、微生物降解和水生植物吸收等功能来进行景观水的原位处理。这类工艺的氮磷去除效果显著，能改善水体透明度，平衡pH值，还具有美化环境、节约成本等优点。但是，用于污水处理的植物的生长状况易受环境及气候条件的影响，冬季植物枯水后净水效果明显变差，限制因素明显。

值得注意的是，地球上有限的、不可再生的磷资源的可持续利用问题也正急迫地摆在世人面前。而随着城市污水排放流失的磷不仅导致陆地磷资源的浪费、而且还加剧水体富营养化进程，在这种情况下，城市污水中磷的回收和再循环利用就变得尤为重要。所谓磷回收就是将污水中的磷以能被磷酸盐工业或肥料工业利用的形式回收的过程，而不是将磷转移到污泥中。因此，如何实现城市污水中磷以非剩余污泥的形式被富集回收，也是一个亟待解决的技术难题。

二、以吸附、过滤为主要特征的综合处理工艺。这类工艺的特点在于景观水体中的氮磷等植物性营养物质能够以各种方式从水体中迁移出来，从而达到净化景观水体，避免富营养化状态的目的。该类工艺需在岸边设置水处理单元，以“抽取-处理”的形式来处理景观水体。城市景观水体周边环境土地资源紧张，寸土寸金，一定程度上限制了上述景观水体处理工艺的应用。加之我国幅员辽阔，南北气候存在巨大差异，景观水处理工艺应设法避免限制因素的干扰，以求更好地发挥净化处理能力。

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置，可实现对景观水体的氮、磷污染物的深度回收处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置，回收利用富营养化水体中氮磷，并将污水厂污泥与其中的氮磷制备出适于应用的污泥缓释肥，既解决了大量污泥无法合理处置的问题，又将氮磷合理资源化，不仅减少了环境污染，还为企业带来了新的收益。

一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置，包括承重浮台4，在承重浮台上设置景观水提升装置以及用于处理景观水的反应装置，所述反应装置包括初滤装置1、生物除磷装置2、吸附反应装置3；所述初滤装置中自下而上设置有滤网、承托层及滤层，所提升景观水依次流经滤网、承托层及滤层后，由出水管路排入生物除磷装置，所述生物除磷装置包括好氧池2-1、二沉池2-2、厌氧池2-3，经初滤装置1过滤后的水进入好氧池中后，好氧池2-1内的污泥对其进行除碳、摄磷反应，吸收水体中大量磷，而后污泥随着水体进入二沉池，进行泥水分离，分离后的水回流至景观水体，污泥进入厌氧池2-3进行释磷，完成释磷反应后进一步进行泥水分离，污泥回流至好氧池2-1进行反应，厌氧池2-3出水进入吸附反应装置3，在吸附反应装置3上部设置有出水喷头，其中，所述吸附反应装置中填充的是颗粒型复合吸附剂。

所述承重浮台包括承重平台和位于承重平台下方的浮力装置5，所述浮力装置为汽车内胎，或者浮箱、浮筒、pvc管等。

所述用于提升景观水的装置包括位于承重浮台下方的潜水泵及其管件，所述潜水泵为潜污泵或排沙潜水泵。

所述承托层填充粗细砂砾，所述滤层填充滤料，所述滤料为海泡石、火山灰、磁铁矿、锰铁砂、煤渣、绵铁、石榴石中的任意一种或多种的组合。

所述颗粒型复合吸附剂采用网兜包装，直接投加至吸附反应装置中，待镁离子耗费完后，取出后重新添加，取出后的网兜采用清水清洗，并烘干后即可作为缓释肥料使用。

进一步的，在厌氧池出水进入吸附反应装置前，进入调节池进行调节，使进入吸附装置的水满足鸟粪石反应条件，所述调节池中投加石灰石、碳酸氢钠、贝壳粉中的一种或多种。

进一步的，厌氧池出水进入调节池前，采用曝气装置对水体进行曝气，其中，曝气气体为二氧化碳气体。

所述颗粒型复合吸附剂是按照如下步骤制备：

1)将含磷污泥进行污泥脱水，得到脱水污泥；将脱水污泥进行破壁处理，所述破壁处理采用超声波破壁、高压蒸汽破壁或高压压裂破壁方式进行，将破壁后的混合物通入分离装置进行固液分离，得到固态物质和液态物质；

2)使用约650℃的温度对所述固态物质进行快速热解以产生热解气和炭，对热解气进行回收或进行进一步的加工；

优选的，在所述固态物质在热解前混入作物秸秆，所述作物秸秆在混入前进行了风干、破碎处理，粒径为1cm以下，混合体积比例为固态物质：秸秆＝1-5：3-6；

3)炭改性，将所述炭与含镁溶液混合，浓缩，使镁离子固定在所述炭微孔内制备得到改性炭，所述含镁溶液为氯化镁溶液、海水、盐卤或灰烬溶液中的一种或多种；

4)将所述改性炭按照一定比例与铁屑混合，所述铁屑质量份数为20-40％，所述改性炭质量份数为60-80％，制备出铁碳微球；再将铁碳微球与沸石按照1-5：1-5的体积比混合，制备出颗粒型复合吸附剂。

铁碳微电解会降低污水中COD，同时释放镁离子，与污水中的氮磷发生反应，在炭孔隙中形成鸟粪石。然后将铁碳微球取出，冲洗、烘干后即得到污泥缓释肥。

本发明还提供了一种具有氮磷回收作用的景观水处理工艺，包括：

1)待处理的景观水提升至反应装置中的初滤装置，首先流经滤网、承托层和滤层，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物；

2)经初滤装置过滤后的景观水进入生物除磷装置，生物除磷装置中的好氧池产生除碳、吸磷反应，去除景观水体中的COD，并将景观水体中的磷富集在活性污泥中，然后泥水混合物进入二沉池进行泥水分离，将分离出的水排入景观水体，污泥通入下一步厌氧池中进行释磷处理，分离后的污泥回流至好氧池进行进一步的吸磷处理，厌氧池出水进入吸附反应装置进行；

3)厌氧池出水中含有聚磷菌释放的大量磷，与吸附反应装置中的颗粒型复合吸附剂发生反应，颗粒型复合吸附剂中的沸石成分固定水中的氨氮，铁碳微球在反应过程中释放镁离子，磷酸根、氨氮及镁发生鸟粪石反应，其沉积在铁碳、沸石微孔中，而铁碳填料中含有污泥炭的大量有机质，形成了缓释有机肥料；

4)经过吸附反应装置处理后的景观水，通过设置在该装置上部的出水喷头以多点出水的形式喷洒出去，生成的喷泉中众多的微小液滴与大气接触充氧后，随水柱回落至景观水水域，达到原位循环处理的工艺效果。

进一步的，基于景观水体中氮磷含量，可以将经过初滤装置过滤后的景观水或外源水体直接通入吸附反应装置，以满足鸟粪石反应氮磷镁的反应比例。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明充分发挥现有技术中生物吸磷、释磷原理，将景观水体中的磷进行富集，然后将鸟粪石氮磷回收原理与磷富集原理有机结合，实现了污泥减量化的同时实现了氮磷回收；

2、本发明中颗粒型复合吸附剂的制备，利用污水处理过程中的剩余污泥制备出高吸附能力的炭，采用含磷污泥最为原料，在碳化过程中，其中的磷可以直接附着在炭孔中，在后续鸟粪石反应中，鸟粪石产物可以更牢靠的附着在炭孔中，进一步提升鸟粪石缓释效果，可以制备出长效肥料；

3、本发明对景观水水体中氮、磷的同步去除效果，利用海水、盐卤或灰烬溶液作为吸附剂的镁源，成本低、效果好，变废为宝，且释放的镁离子与景观水体中的氮磷发生反应，有效回收氮磷。

此外，利用滤层中的各式滤料的拦截作用，进一步对景观水体的净化处理与景观水体中的氮、磷发生反应，效果。

附图说明

图1为景观水处理装置俯视图；

图2为景观水处理装置侧视图。

具体实施方式

实施例1：

实验地点为某小区人工湖的部分独立水域。该独立水域水量为450-510m³。水质状况如下：氨氮为3.34±0.05mg/L，总磷为0.29±0.09mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属于劣V类水。

进水水体单因子水质评价结果

在该人工湖湖面设置本发明装置，所述装置采用同心圆设置，参见图1-2，待处理的景观水由潜水泵提升至反应装置内，首先流经初滤装置，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物。

经过滤后的景观水继续流入生物除磷装置，在好氧条件下进行除碳、吸磷处理，将景观水中的磷富集到聚磷菌菌体中，降低水体中污染物浓度，然后将污泥进行厌氧处理，聚磷菌产生释磷反应，实现磷的释放，将含有高浓度磷的景观水通入吸附反应装置。

取污水处理厂和/或生物除磷装置中产生的剩余污泥，其为含磷污泥，将该含磷污泥进行污泥脱水，得到脱水污泥；

将所述脱水污泥进行超声破壁处理，将破壁后的混合物通入分离装置进行固液分离，得到固态物质和液态物质；

将固态物质与粉碎后粒径为1cm的秸秆按照质量比为2:1的比例混合，并在120℃下干燥，将干燥后的样品碾碎，并在650℃的炉体中热解，热解前采用惰性气体将炉体内的空气排出，热解后的产物为热解气和炭。

对所述的炭进行改性处理，将所述炭与含镁溶液混合，浓缩，使镁离子固定在所述炭微孔内制备得到改性炭，所述含镁溶液为盐卤和海水的混合物；

将改性炭作为碳源，与铁屑混合，采用本领域常用方式制备铁碳微球，所述铁屑质量份数为30％，所述改性炭质量份数为70％。再将铁碳微球与沸石按照1-5：1-5的体积比混合，制备出颗粒型复合吸附剂。

本实例中，待处理景观水的温度为25-30摄氏度。进水流量为1500L/h，其中，好氧池、厌氧池中的参数采用现有技术中有利于聚磷菌吸磷及放磷的工艺运行。

通过分光光度法测定本发明装置的出水氮、磷浓度。本装置处理后的出水水质：氨氮浓度为0.536±0.06mg/L，总磷浓度为0.025±0.05mg/L。处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅲ类水水质标准。在本实例中，该景观湖的水质状况具有明显改善和提升。

其中，对所述炭进行测定显示，其吸附容量及多孔性质显著高于普通碳，采用所述炭作为缓释肥载体，可以为肥料提供更多的吸附位置，提高肥料缓释周期。

实施例2

实验地点为某城市人工湖水域。该独立水域水量为7300-9200m³。水质状况如下：氨氮为2.56±0.05mg/L，总磷为0.32±0.09mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属于劣V类水。

经过半年处理后，将吸附反应装置中的网兜取出，然后将网兜中的颗粒物进行清洗、烘干后施加到景观用地中使用，能够持续补充土壤氮磷，且提高土壤有机碳浓度，经济效益和环境效益显著。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种具有氮磷回收作用的景观水处理装置，其特征在于：包括承重浮台，在承重浮台上设置景观水提升装置以及用于处理景观水的反应装置，所述反应装置包括初滤装置、生物除磷装置、吸附反应装置；所述初滤装置中自下而上设置有滤网、承托层及滤层，所提升景观水依次流经滤网、承托层及滤层后，由出水管路排入生物除磷装置，所述生物除磷装置包括好氧池、二沉池、厌氧池，经初滤装置过滤后的水进入好氧池中后，好氧池内的污泥对其进行除碳、摄磷反应，吸收水体中大量磷，而后污泥随着水体进入二沉池，进行泥水分离，分离后的水回流至景观水体，污泥进入厌氧池进行释磷，完成释磷反应后进一步进行泥水分离，污泥回流至好氧池进行反应，厌氧池出水进入吸附反应装置，在吸附反应装置上部设置有出水喷头，其中，所述吸附反应装置中填充的是颗粒型复合吸附剂；

所述颗粒型复合吸附剂是按照如下步骤制备：

1)将含磷污泥进行污泥脱水，得到脱水污泥；将脱水污泥进行破壁处理，所述破壁处理采用超声波破壁、高压蒸汽破壁或高压压裂破壁方式进行，将破壁后的混合物通入分离装置进行固液分离，得到固态物质和液态物质；

2)使用650℃的温度对所述固态物质进行快速热解以产生热解气和炭，对热解气进行回收或进行进一步的加工；

3)炭改性，将所述炭与含镁溶液混合，浓缩，使镁离子固定在所述炭微孔内制备得到改性炭，所述含镁溶液为氯化镁溶液、海水、盐卤或灰烬溶液中的一种或多种；

4)将所述改性炭按照一定比例与铁屑混合，所述铁屑质量份数为20-40％，所述改性炭质量份数为60-80％，制备出铁碳微球；再将铁碳微球与沸石按照1-5：1-5的体积比混合，制备出颗粒型复合吸附剂。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述承重浮台包括承重平台和位于承重平台下方的浮力装置，所述浮力装置为汽车内胎，或者浮箱、浮筒、pvc管。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述固态物质在热解前混入作物秸秆，所述作物秸秆在混入前进行了风干、破碎处理，粒径为1cm以下，混合体积比例为固态物质：秸秆＝1-5：3-6。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述颗粒型复合吸附剂采用网兜包装。

5.一种具有氮磷回收作用的景观水处理工艺，采用权利要求1所述的景观水处理装置，其特征在于：包括如下处理步骤，

1)待处理的景观水提升至反应装置中的初滤装置，首先流经滤网、承托层和滤层，滤去水中的大颗粒杂质和悬浮物；

2)经初滤装置过滤后的景观水进入生物除磷装置，生物除磷装置中的好氧池产生除碳、吸磷反应，去除景观水体中的COD，并将景观水体中的磷富集在活性污泥中，然后泥水混合物进入二沉池进行泥水分离，将分离出的水排入景观水体，污泥通入下一步厌氧池中进行释磷处理，分离后的污泥回流至好氧池进行进一步的吸磷处理，厌氧池出水进入吸附反应装置进行；

3)厌氧池出水中含有聚磷菌释放的大量磷，与吸附反应装置中的颗粒型复合吸附剂发生反应，颗粒型复合吸附剂中的沸石成分固定水中的氨氮，铁碳微球在反应过程中释放镁离子，磷酸根、氨氮及镁发生鸟粪石反应，其沉积在铁碳、沸石微孔中，而铁碳填料中含有污泥炭的大量有机质，形成了缓释有机肥料；

4)经过吸附反应装置处理后的景观水，通过设置在该装置上部的出水喷头以多点出水的形式喷洒出去，生成的喷泉中众多的微小液滴与大气接触充氧后，随水柱回落至景观水水域，达到原位循环处理的工艺效果。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，基于景观水体中氮磷含量，将经过初滤装置过滤后的景观水或外源水体直接通入吸附反应装置，以满足鸟粪石反应氮磷镁的反应比例。

7.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，在厌氧池出水进入吸附反应装置前，进入调节池进行调节，使进入吸附装置的水满足鸟粪石反应条件，所述调节池中投加石灰石、碳酸氢钠、贝壳粉中的一种或多种。

8.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，厌氧池出水进入调节池前，采用曝气装置对水体进行曝气，其中，曝气气体为二氧化碳气体。

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