CN111847644B - 一种利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属污水处理技术领域。一种利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)好氧颗粒污泥的培养，按照厌氧进水‑好氧反应‑沉淀‑出水四个阶段序批运行；(2)污水除磷，按照厌氧进水‑静置沉淀‑富磷上清液转移‑磷回收‑磷回收上清液返回‑主反应器曝气反应‑静置沉淀‑出水运行八个阶段序批运行。本发明还公开了回收污水中低浓度磷的装置，包括污水处理主反应器、磷回收副反应器、空气源。本发明用以解决现有污泥颗粒稳定性不高和磷回收效率受限的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及污水低浓度磷的去除与回收方法，属污水处理技术领域。
背景技术
磷是生命物质必需的元素。磷在自然界没有循环途径，陆地上的磷在被开采使用后，一般都会进入近海沉积层，导致陆地上可用磷矿资源的不断减少。按照目前磷矿的消耗速度,全球磷矿将会在一、两百年内耗尽。磷矿被开采之后绝大部分被用作磷肥。磷也是人类营养物质的主要元素之一，被摄入人体后，除少量被人体吸收之外，绝大部分都随排泄物进入污水中。
另一方面,氮、磷等营养元素也是引发的水体富营养化的原因。当地表水体中总磷浓度达到较低浓度时就足以引起水体富营养化现象。因此去除污水中的磷已经成为控制水体富营养化的重要手段之一。为缓解磷资源短缺，如果将污水中磷的进行回收，就可以实现在去除污水中磷的同时实现磷回收。
污水中的磷的浓度一般较低(<10mg/L),直接从污水中进行磷的回收较为困难。目前污水处理厂普遍采用生物除磷脱氮工艺，污水中的磷得以在污泥中富集。为磷资源回收利用创造了条件。污泥中富集的磷，在厌氧条件下，可以释放磷酸根离子，在添加镁离子和合适的pH条件下，可以形成磷酸氨镁，俗称鸟粪石，属无定型沉淀晶体，在水中土壤湿环境中仅仅微溶于水，它的养分比其它可溶肥的释放速率慢，可以作缓释肥使用。实现了污水中磷资源的回收。
好氧颗粒污泥技术污泥浓度较高，可以在污泥富集更多的磷，从而在厌氧条件下释放更高的磷的浓度，达到150-200mg/L以上，从而更有效进行磷回收。
活性污泥絮体通常是直径为100-200微米的微小絮体，颗粒污泥技术可以使现有活性污泥的直径增加10倍以上，颗粒大小为1-3毫米。颗粒污泥依赖于污泥絮体之间的絮凝作用形成颗粒。颗粒增大以后，营养物质进入颗粒内部的扩散阻力增大，导致颗粒内部的微生物营养不足，从而导致颗粒污泥的解体。目前来说，利用好氧颗粒污泥对污水中磷的富集和回收主要问题是颗粒污泥的稳定性问题，限制了好氧颗粒污泥反应器的长期运行，污泥解体后，污水处理能力下降，对磷的去除和回收都会受到限制，即好氧颗粒污泥稳定性低，导致磷的回收效率低。另外目前大部分好氧颗粒污泥磷回收技术，主要是针对已经富集磷的好氧颗粒污泥进行处理，处理以后的好氧颗粒污泥会失去污染物去除能力，因此，这些方法只能局限于污水处理系统中不需要的剩余污泥中的磷的回收。磷的回收针对已经吸收磷的好氧颗粒污泥，磷回收后，破坏好氧颗粒污泥，不能继续承担磷的回收作用，限制了磷的回收效率提高。
因此，需要一种新的回收污水中低浓度磷的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，以解决现有污泥颗粒稳定性不高和磷回收效率受限的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)好氧颗粒污泥的培养，按照厌氧进水-好氧反应-沉淀-出水四个阶段序批运行；
(1-1)厌氧进水：选用混合液悬浮固体MLSS作为进水，采用低速进水的方式进入主反应器，进水的速度和好氧颗粒污泥在厌氧条件下利用混合液悬浮固体MLSS中的有机物储存PHA的速度相匹配，确保进水中的溶解性化学需氧量SCOD能够完全被好氧颗粒污泥储存；
(1-2)好氧反应：厌氧进水结束后，进行好氧反应；
(1-3)沉淀：好氧反应结束后，沉淀；
(1-4)出水：沉淀后，将上清液作为出水排放；
每天循环步骤(1)4-5次，运行10-12天后，形成成熟的好氧颗粒污泥；
进水速度由开始的2L/小时逐渐增加至最终的6L/小时；
(2)污水除磷，按照厌氧进水-静置沉淀-富磷上清液转移-磷回收-磷回收上清液返回-主反应器曝气反应-静置沉淀-出水运行八个阶段序批运行，具体为：
(2-1)污水缓慢进入主反应器，污水进水速度控制在6L/小时，确保污水中溶解性有机物质能够在进水阶段内以PHA的形式储存，好氧颗粒污泥储存的聚合磷以溶解态磷酸盐的形式释放至污泥混合液，磷酸盐浓度达到120mgP/L；
(2-2)污泥混合液在主反应器中静置沉淀；之后富含磷酸盐的上清液转移至磷回收副反应器，磷回收副反应器中添加镁盐，保持混合液pH为8.9-9.1，空气搅拌反应，静置沉淀，沉淀物即为磷酸氨镁晶体；
(2-3)完成磷酸氨镁晶体回收后，将副反应器上清液返回主反应器，依靠好氧颗粒污泥的作用，调节曝气量，保持主反应器中溶解氧浓度为1.9-2.1mg/L，进行曝气反应，实现同步硝化-反硝化脱氮和磷的吸收；静置沉淀，将主反应器中沉淀后的上清液排出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明通过缓慢厌氧进水的方式，使营养物质首先储存在颗粒污泥内部，并且通过厌氧进水，也可以选择性培养生长比较缓慢、对营养需求比较低的微生物，从而避免颗粒内部微生物营养不足导致的颗粒解体。
本发明通过控制进水的速度，确保进水中SCOD能够在主反应器厌氧反应阶段中完全被厌氧储存为PHA。在厌氧阶段存储的PHA，可以在后续反应过程中，为颗粒污泥内部的微生物提供营养，避免颗粒内部微生物缺乏营养，导致颗粒破碎。并且通过厌氧进水的培养方式，可以促进颗粒污泥内慢速生长的微生物生长，降低其对营养物质的需求，避免由于颗粒内部营养物质不足而导致的颗粒污泥的破碎。
本发明通过控制进水的速度，确保进水中SCOD能够在主反应器厌氧反应阶段中完全被厌氧储存为PHA，提高了好氧颗粒污泥的长期稳定性，提高了好氧颗粒污泥污水处理的能力，污泥沉降指数SVI值能够稳定保持在40ml/g以下。
第二，本发明能够在保持颗粒污泥污水处理功能的前提下，将污水中的磷以磷酸氨镁晶体的形式回收，纯度可达到90％以上，提高磷回收率。本发明颗粒污泥稳定性提高，可以反复利用好氧颗粒污泥吸收低浓度磷，释放高浓度磷的功能，实现反复吸收-释放磷，提高了效率。
为解决好氧颗粒污泥的稳定性技术问题，对本发明作进一步改进，所述步骤(1-1)中主反应器中SCOD小于10mg/L。
为解决技术问题，对本发明作进一步改进，所述步骤(1-2)中好氧反应时间为180分钟，通过调节曝气量，保持溶解氧浓度在1.9-2.1mg/L。
对本发明作进一步改进，所述(1-3)中沉淀时间为10-15分钟。
对本发明作进一步改进，所述步骤(1-4)中的出水体积为进水体积的三分之二。
对本发明作进一步改进，所述步骤(1)的好氧颗粒污泥粒径为1-4mm，好氧颗粒污泥粒径形状为较为规则的圆形，好氧颗粒污泥沉降指数SVI值能够稳定保持在40ml/g以下。
对本发明作进一步改进，所述主反应器的体积为副反应器体积的2倍。
对本发明作进一步改进，所述步骤(2-2)中：
污泥混合液在主反应器中：静置沉淀的时间为5分钟；
副反应器中：按照镁磷摩尔比1.3添加镁盐，空气搅拌反应时间为15分钟，静置沉淀时间为15分钟，磷酸氨镁晶体纯度达到92.5％。
对本发明作进一步改进，所述步骤(2-3)中：
调节曝气量，保持主反应器中溶解氧浓度为1.9-2.1mg/L，曝气反应时间为180分钟，静置沉淀时间为10分钟。
为解决回收污水中低浓度磷方法的配套装置技术问题，本发明采用以下技术方案，实现利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷方法的装置，其特征是，所述装置包括污水处理主反应器，污水处理主反应器上设置进水管和出水管；
磷回收副反应器，用于回收磷酸氨镁晶体；
第一管道，第一管道连接污水处理主反应器与磷回收副反应器，第一管道用于将污水处理主反应器中的上清液输送至磷回收副反应器；
第二管道，第二管道连接污水处理主反应器与磷回收副反应器，第二管道用于将磷回收副反应器的上清液输送至污水处理主反应器中；
空气源，用于向污水处理主反应器、磷回收副反应器中输送氧气。
附图说明
图1是本发明利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，现针对本说明书附图进行详细的解释，文中的“连接”既可以是直接连接，也可以是一个物体连接另一个部件后再连接另一个物体的“间接连接”，本文中未提到的连接方式均可以采用现有技术中的连接方式，例如法兰连接、螺栓连接等在此就不再赘述。
如图1所示，利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷装置，包括：序批式污水处理主反应器1、磷回收副反应器6和空气源7。
主反应器上设置主反应器进水管2和主反应器出水管3。
富磷上清液输送管4，用于将主反应器中的富磷上清液输送至磷回收副反应器6。
回收磷后上清液返回主反应器管道5，用于将磷回收副反应器6的回收磷后上清液返回主反应器。
空气管道8，用于将空气输送至序批式污水处理主反应器1、磷回收副反应器6。
利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷装置的工作过程为：污水从进水管2进入污水处理主反应器1，形成好氧颗粒污泥9，处理后的出水从出水管3排出，在厌氧条件下磷释放后，富含磷的上清液通过输送管4进入磷回收副反应器6，在磷回收副反应器6中完成磷回收后，上清液由管道6返回污水处理主反应器1，由空气源7通过空气管道8向主反应器1和副反应器6曝气。
本实施案例的具体操作过程如下：
一、好氧颗粒污泥的培养
1.1从当地生活污水处理厂曝气池取混合液3L，混合液为MLSS(混合液悬浮固体)浓度约为3000mg/L，主要是粒径为100-200微米的不规则絮体，污泥沉降指数SVI值为85ml/g。将其置于体积为6L的污水处理主反应器中，将絮体培养为粒径较大，较为规则的好氧颗粒污泥。在好氧颗粒污泥形成之前，磷回收副反应器6不工作，管道4、5关闭。
1.2在培养好氧颗粒污泥过程中，污水处理主反应器1按照厌氧进水-好氧反应-沉淀-出水四个阶段序批运行。厌氧进水时间从起始阶段的60分钟逐渐缩短到20分钟，在反应初期污泥量较低，需要较长的时间将污水中的有机碳源储存为PHA；厌氧进水结束后，进行反应时间为180分钟的好氧反应，通过调节曝气量，保持溶解氧浓度在2mg/L左右；好氧反应结束后，沉淀10分钟；沉淀后，将2L的上清液作为出水排放。大约运行10天后，可以形成成熟的好氧颗粒污泥9，颗粒粒径在1-4mm之间，为较为规则的圆形。
二、利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法
在规则的好氧颗粒污泥形成以后，开启体积为1.5L磷回收副反应器6，分八个阶段：厌氧进水-静置沉淀-富磷上清液转移-磷回收-磷回收上清液返回-主反应器曝气反应-静置沉淀-出水按照序批的方式运行。
2.1在厌氧进水阶段，2L的污水在20分钟内由进水管1缓慢进入主反应器1，确保污水中溶解性有机物物质能够在进水阶段内以PHA的形式储存，好氧颗粒污泥储存的聚合磷以溶解态磷酸盐的形式释放至污泥混合液，磷酸盐浓度达到120mgP/L。
2.2污泥混合液在主反应器1中静置沉淀5分钟后，富含磷酸盐的上清液经过管道4转移至磷回收副反应器6，按照镁磷摩尔比1.3添加镁盐，保持混合液pH为8.9-9.1，空气搅拌反应15分钟后，静置沉淀15分钟，沉淀物即为磷酸氨镁晶体，纯度达到92.5％。
2.3完成磷酸氨镁晶体回收后，将副反应器6上清液由管道5返回主反应器1，依靠好氧颗粒污泥9的作用，调节曝气量，保持主反应器1中溶解氧浓度为2±0.1mg/L，进行同步硝化-反硝化脱氮和磷的吸收，曝气反应时间为180分钟。静置沉淀10分钟，将沉淀后的2L上清液由出水管3排除。出水总磷、总氮和硝态氮浓度保持在0.1、10和5mg/L以下。污水中磷回收率达到90％以上。
2.4完成以上处理流程后，重复以上流程进行下一批次的运行。
Claims (10)
1.一种利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)好氧颗粒污泥的培养，按照厌氧进水-好氧反应-沉淀-出水四个阶段序批运行；
(1-1)厌氧进水：选用混合液悬浮固体MLSS作为进水，采用低速进水的方式进入主反应器，进水的速度和好氧颗粒污泥在厌氧条件下利用混合液悬浮固体MLSS中的有机物储存PHA的速度相匹配，确保进水中的溶解性化学需氧量SCOD能够完全被好氧颗粒污泥储存；
(1-2)好氧反应：厌氧进水结束后，进行好氧反应；
(1-3)沉淀：好氧反应结束后，沉淀；
(1-4)出水：沉淀后，将上清液作为出水排放；
每天循环步骤(1)4-5次，运行10-12天后，形成成熟的好氧颗粒污泥；
进水速度由开始的2L/小时逐渐增加至最终的6L/小时；
(2)污水除磷，按照厌氧进水-静置沉淀-富磷上清液转移-磷回收-磷回收上清液返回-主反应器曝气反应-静置沉淀-出水运行八个阶段序批运行，具体为：
(2-1)污水缓慢进入主反应器，污水进水速度控制在6L/小时，确保污水中溶解性有机物质能够在进水阶段内以PHA的形式储存，好氧颗粒污泥储存的聚合磷以溶解态磷酸盐的形式释放至污泥混合液，磷酸盐浓度达到120mgP/L；
(2-2)污泥混合液在主反应器中静置沉淀；之后富含磷酸盐的上清液转移至磷回收副反应器，磷回收副反应器中添加镁盐，保持混合液pH为8.9-9.1，空气搅拌反应，静置沉淀，沉淀物即为磷酸氨镁晶体；
(2-3)完成磷酸氨镁晶体回收后，将副反应器上清液返回主反应器，依靠好氧颗粒污泥的作用，调节曝气量，保持主反应器中溶解氧浓度为1.9-2.1mg/L，进行曝气反应，实现同步硝化-反硝化脱氮和磷的吸收；静置沉淀，将主反应器中沉淀后的上清液排出。
2.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征在于，所述步骤(1-1)中主反应器中SCOD小于10mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述步骤(1-2)中好氧反应时间为180分钟，通过调节曝气量，保持溶解氧浓度在1.9-2.1mg/L。
4.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述(1-3)中沉淀时间为10-15分钟。
5.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述步骤(1-4)中的出水体积为进水体积的三分之二。
6.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述步骤(1)的好氧颗粒污泥粒径为1-4mm，好氧颗粒污泥粒径形状为较为规则的圆形，好氧颗粒污泥沉降指数SVI值能够稳定保持在40ml/g以下。
7.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述主反应器的体积为副反应器体积的2倍。
8.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述步骤(2-2)中：
污泥混合液在主反应器中：静置沉淀的时间为5分钟；
副反应器中：按照镁磷摩尔比1.3添加镁盐，空气搅拌反应时间为15分钟，静置沉淀时间为15分钟，磷酸氨镁晶体纯度达到92.5％。
9.根据权利要求1所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷的方法，其特征是，所述步骤(2-3)中：
调节曝气量，保持主反应器中溶解氧浓度为1.9-2.1mg/L，曝气反应时间为180分钟，静置沉淀时间为10分钟。
10.一种实现权利要求1-9中任一项所述的利用序批好氧颗粒污泥反应器回收污水中低浓度磷方法的装置，其特征是，所述装置包括污水处理主反应器，污水处理主反应器上设置进水管和出水管；
磷回收副反应器，用于回收磷酸氨镁晶体；
第一管道，第一管道连接污水处理主反应器与磷回收副反应器，第一管道用于将污水处理主反应器中的上清液输送至磷回收副反应器；
第二管道，第二管道连接污水处理主反应器与磷回收副反应器，第二管道用于将磷回收副反应器的上清液输送至污水处理主反应器中；
空气源，用于向污水处理主反应器、磷回收副反应器中输送氧气。
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