CN112520852B - 一种对污水中磷的去除和回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对污水中磷的去除和回收方法，包括：待处理污泥进入高负荷厌氧‑好氧膜生物反应器(AP/O‑MBR)进行释磷、除磷和固液分离过程，获得一级反应出水和一级反应出泥；所述一级反应出泥进入多段平板膜污泥浓缩池进行污泥浓缩，获得二级反应出水和二级反应出泥；所述二级反应出泥进入加热溶出池内进行加热和搅拌，并通过固液分离装置获得富磷上清液和去磷污泥。本发明在不添加化学药剂的情况下出水总磷浓度可以降低至0.1mg/L以下；同时避免了化学污泥问题，磷的形态更容易回收；且污泥浓缩后再加热一方面提高了污泥浓度，提升了单位体积污泥磷含量，获得更高浓度的富磷上清液；另一方面大幅度减少了污泥体积和加热溶出的加热能耗。

Description

一种对污水中磷的去除和回收方法
技术领域
本发明涉及污水MBR处理处理领域，尤其涉及一种对污水中磷的去除和回收方法。
背景技术
一般认为磷在自然环境中是单向流动的不可再生资源，但是随着社会和经济的快速发展，磷资源不断消耗，磷资源短缺问题在我国乃至全世界范围内日益突出。对于环境水体来说，城市生活污水中的磷是污染物，但同时又是人类社会发展的短缺资源。污水处理过程通常将污水中的磷转移至污泥中，如果能将污泥中的磷进行回收，可以一定程度上实现磷的资源循环利用。
MBR是一种高效的污水处理技术，将生物处理和膜分离结合，由于污泥龄长、膜拦截效果好，因此MBR污泥浓度通常高于AAO等污水处理工艺，相应地具有有机物、氨氮和颗粒物去除效果好，抗冲击性能好，占地面积小等优点。中国工程建设协会的《膜生物反应器城镇污水处理工艺设计规程》(T/CECS152-2017)提出MBR的适宜设计参数为污泥负荷范围0.03-0.1kgBOD5/(kgMLSS·d)。中空纤维膜MLSS浓度以6-15g/L计，则容积负荷为0.18-1.5kgBOD5/(m3·d)；平板膜MLSS浓度以10-20g/L计，则容积负荷为0.3-2kgBOD5/(m3·d)。上海市工程建设规范《平板膜生物反应器法污水处理工程技术规范》(DG/TJ08-2190-2015)提出平板膜MBR的COD容积负荷宜为1.0-3.0kgBOD5/(m3·d)(以全池有效容积计)，氨氮容积负荷宜为0.11-0.20kgTKN/(m3·d)(以好氧池有效容积计)。BOD5污泥负荷宜为0.05-0.15kgBOD5/(kgMLSS·d)，MLSS浓度以推荐值12g/L计，则容积负荷为0.6-1.8kgBOD5/(m3·d)。在传统运行模式下，进水中的磷需通过排泥去除，而MBR为提高污泥浓度一般采用较长污泥龄，因此排泥量较少，除磷效果较差，通常需在生物池中添加化学药剂进行化学除磷，这造成了剩余污泥含有化学药剂、污泥性质变化，给磷的回收带来了阻碍。
发明内容
本发明针对现有技术中MBR生物除磷效果较差，而化学除磷又会导致剩余污泥含有化学药剂、磷回收困难的问题，本发明提出了利用高负荷AP/O-MBR从污水中去除并回收磷的方法，通过控制设计和运行参数使进水中的绝大部分磷转移进入剩余污泥中，出水总磷浓度可以降低至0.1mg/L以下；含有大量磷的污泥在浓缩和加热后溶出于富磷上清液，有利于后续磷回收。
具体的，包括如下步骤：S1、待处理污泥进入高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)进行释磷、除磷和固液分离过程，获得一级反应出水和一级反应出泥；S2、所述一级反应出泥进入多段平板膜污泥浓缩池进行污泥浓缩，获得二级反应出水和二级反应出泥；S3、所述二级反应出泥进入加热溶出池内进行加热和搅拌，并通过固液分离装置获得富磷上清液和去磷污泥。
较佳地，高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)包括第一厌氧池和好氧池，所述第一厌氧池内设有第一搅拌器，所述好氧池内设有固液分离膜组件和第一曝气组件；待处理污泥首先进入所述第一厌氧池内进行释磷过程，继而进入所述好氧池进行吸磷除磷、有机物去除过程，最后进入固液分离膜组件进行固液分离，获得所述一级反应出水和所述一级反应出泥。
较佳地，高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的待处理污水的停留时间小于等于6h；以所述好氧池有效容积计算，氨氮容积负荷大于等于0.3kgN/(m3·d)，以所述好氧池加所述一级厌氧池的总容积计算，COD容积负荷大于等于3.5kgCOD/(m3·d)。待处理污泥在高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的泥龄为20～30d，使混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在10g/L以上。
较佳地，所述固液分离膜组件为平板膜组件，且曝气强度小于等于1.25m3/(m2·min)，使待处理污泥的溶解氧浓度维持在0.5～1.5mg/L。
较佳地，所述多段平板膜污泥浓缩池由至少3段的次级平板膜浓缩组件串联组成，每段所述次级平板膜浓缩组件都包括有平板式污泥浓缩膜组件和第二曝气管，二级反应出泥的混合液悬浮固体浓度(MLSS)大于等于40g/L；各段所述次级平板膜浓缩组件采用密集排布方式，相邻所述次级平板膜浓缩组件间隔0.5～1.5cm。
较佳地，所述第二曝气管包括有穿孔管和微孔管；第一段所述次级平板膜浓缩组件和第二段所述次级平板膜浓缩组件所述穿孔管进行曝气，且第一段所述次级平板膜浓缩组件的曝气强度为1.0～1.2m3/(m2·min)，第二段所述次级平板膜浓缩组件的曝气强度为1.3～1.5m3/(m2·min)；第三段所述次级平板膜浓缩组件和第(3+n)段所述次级平板膜浓缩组件同时采用所述穿孔管和所述微孔管进行曝气。
较佳地，各段所述次级平板膜浓缩组件需定期排空，排空周期为15-30天。
较佳地，所述加热溶出池包括有第二搅拌器和加热装置；所述加热装置维持所述二级反应出泥的温度为40-80℃。
较佳地，所述加热溶出池后还设有第二厌氧池。
较佳地，还包括有磷回收装置，所述富磷上清液进入所述磷回收装置内进行磷的回收。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、本发明提供的对污水中磷的去除和回收方法，通过缩短高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)的内水力的停留时间，从而使氨氮和COD容积负荷增加，分别达到0.3kgN/(m3·d)以上(以好氧池有效容积计)和3.5kgCOD/(m3·d)以上(以全池有效容积计)，一方面，高负荷氨氮可以抑制反硝化作用，减少与聚磷菌争夺碳源；另一方面，通过提高COD负荷使污泥产率增加，同时调节排放的污泥固体量，使反应器内污泥浓度维持在较高水平，这样使得剩余污泥浓度升高，从而随剩余污泥排放的磷总量增加，随出水排放的磷浓度减少。同时控制好氧区曝气强度和调节回流比，使厌氧区溶解氧浓度维持在合理浓度，产生适宜的释磷和吸磷环境，强化了磷从水中转移至污泥中的过程。整个系统在不添加化学药剂的情况下出水总磷浓度最低可达到0.1mg/L以下，远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A总磷浓度0.5mg/L的限值，提升了出水水质。
2、本发明提供的对污水中磷的去除和回收方法，由于高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)中排放的所述一级反应出泥不含有化学药剂，且使用不添加药剂的多段平板膜污泥浓缩工艺，使得整个系统没有化学药剂浓缩形成的化学污泥问题，磷的形态更容易回收。
3、本发明提供的对污水中磷的去除和回收方法，通过污泥浓缩一方面提高了污泥浓度，提升了单位体积内污泥的磷含量，有利于后续磷回收；另一方面减少了污泥体积和后续加热能耗，通过加热水解可以获得磷浓度200-500mg/L或更高的富磷上清液。
4、本发明提供的对污水中磷的去除和回收方法，通过对第三段所述次级平板膜浓缩组件和第(3+n)段所述次级平板膜浓缩组件同时采用所述穿孔管和所述微孔管进行曝气，避免污泥浓度高而降低供氧传质效率。
5、本发明提供的对污水中磷的去除和回收方法，通过所述加热装置维持所述二级反应出泥的温度为40-80℃，可以增加污泥细胞通透性、降低胞外聚合物附着性，因此可以使污泥中的磷大量释放至上清液中。
6、本发明提供的对污水中磷的去除和回收方法，通过在所述加热溶出池后设有第二厌氧池，可进一步进行释鳞作用，使得上清液中获得更高浓度的磷，从而获得更高的磷回收效率和有机物产沼能力。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的对TP的去除效果图表；
图3为本发明的对COD的去除效果图表。
其中：1-第一厌氧池，2-好氧池，3-第一搅拌器，4-固液分离膜组件，5-第一曝气管，6-一级出水泵，7-曝气机，8-回流泵，9-多段平板膜污泥浓缩池，10-次级平板膜浓缩组件，11-第二曝气管，12-二级出水泵，13-加热溶出池，14-第二搅拌器，15-加热装置，16-固液分离装置，17-磷回收装置。
具体实施方式
以下参见示出的本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
如附图1，本发明提供了一种对污水中磷的去除和回收方法，包括如下步骤：S1、待处理污泥进入高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(Anaerobic/oxic membrane bioreactor，AP/O-MBR)进行释磷、除磷和固液分离过程，获得一级反应出水和一级反应出泥；S2、所述一级反应出泥进入多段平板膜污泥浓缩池9进行污泥浓缩，获得二级反应出水和二级反应出泥；S3、所述二级反应出泥进入加热溶出池13内进行加热和搅拌，并通过固液分离装置16获得富磷上清液和去磷污泥。高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)包括第一厌氧池1和好氧池2，第一厌氧池1内设有第一搅拌器3，使待处理污泥处于悬浮状态，好氧池2内设有固液分离膜组件4和第一曝气管5,固液分离膜组件4与一级出水泵6连接，第一曝气组件与曝气机7连接，曝气为污泥提供氧气并产生膜面冲刷、控制膜污染。好氧池2还连接设置有回流泵8，回流泵8将好氧池2内的污泥回流至第一厌氧池1以维持第一厌氧池1中污泥浓度；待处理污泥首先进入第一厌氧池1内进行释磷过程，继而进入好氧池2进行吸磷除磷、有机物去除过程，最后进入固液分离膜组件4进行固液分离，获得一级反应出水和一级反应出泥，经过高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)，待处理污泥中的绝大部分磷转移至一级反应出泥中，一级反应出水中的磷浓度最低可至0.1mg/L以下，而现有各种污水MBR组合工艺的出水总磷(total phosphorate,TP)浓度在不加化学药剂下，难以达到0.5mg/L以下。
根据待处理污水的进水负荷和出水磷浓度要求等对污泥龄进行控制，在本实施例中，高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的待处理污水的停留时间小于等于6h；以好氧池2有效容积计算，氨氮容积负荷大于等于0.3kgN/(m3·d)，以好氧池2加一级厌氧池的总容积计算，COD容积负荷大于等于3.5kgCOD/(m3·d)。待处理污泥在高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的泥龄为20～30d，使混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在10g/L以上。通过对污泥龄的控制，既避免累积于污泥混合液中的磷溶解于水影响膜出水水质，也能保证富集磷的污泥及时排出体系进行后续磷回收，同时，还能有效控制反应器内污泥浓度，提高好氧池2溶解氧浓度，有利于磷的生物吸收。
在本实施例中，固液分离膜组件4为平板膜组件，且曝气强度小于等于1.25m3/(m2·min)(一投影面积计算)，使待处理污泥的溶解氧浓度维持在0.5～1.5mg/L。在其他实施例中，亦可不采用平板膜组件，只要能使高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)实现高负荷的膜组件都可。
在本实施例中，多段平板膜污泥浓缩池9由至少3段的次级平板膜浓缩组件10串联组成，每段次级平板膜浓缩组件10都包括有平板式污泥浓缩膜组件和第二曝气管11，第二曝气管11与曝气机7连接，二级反应出泥的混合液悬浮固体浓度(MLSS)大于等于40g/L，以实现减少污泥体积和后续加热能耗、提升单位体积污泥磷含量的目的；各段次级平板膜浓缩组件10采用密集排布方式，相邻的次级平板膜浓缩组件10之间间隔0.7cm，以最大可能降低水力停留时间。
各段溶解氧均应维持在适宜浓度，从而抑制释磷过程，使膜组件出水磷浓度低于0.5mg/L。在本实施例中，第二曝气管11包括有穿孔管和微孔管；第一段次级平板膜浓缩组件10和第二段次级平板膜浓缩组件10穿孔管进行曝气，第一段次级平板膜浓缩组件10的曝气强度控制为1.0～1.2m3/(m2·min)，第二段次级平板膜浓缩组件10的曝气强度控制为1.3～1.5m3/(m2·min)；第三段次级平板膜浓缩组件10和第(3+n)段次级平板膜浓缩组件10同时采用穿孔管和微孔管进行曝气。
各段次级平板膜浓缩组件10需定期排空，以避免水力循环不畅区域污泥沉积导致的释磷，在本实施例中，排空周期为15-30天。
根据污泥性状、磷回收要求和能耗等决定二级反应出泥的最适宜温度，在本实施例中，加热溶出池13包括有第二搅拌器14和加热装置15；加热装置15维持二级反应出泥的温度为40-80℃。
在本实施例中，加热溶出池13后还设有第二厌氧池。
在本实施例中，还包括有磷回收装置17，富磷上清液进入磷回收装置17内进行磷的回收。
本发明实施的具体过程如下：
含有磷的待处理污水首先进入高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)的第一厌氧池1，在极低溶解氧和富含进水有机物的条件下进行厌氧释磷；然后进入好氧池2，完成吸磷除磷过程，并进行剩余有机物去除，随后固液分离膜组件4在一级出水泵6(6)的抽吸作用下完成固液分离，得到一级反应出水和一级反应出泥。其中，高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的待处理污水的停留时间小于等于6h；以好氧池2有效容积计算，氨氮容积负荷大于等于0.3kgN/(m3·d)，以好氧池2加一级厌氧池的总容积计算，COD容积负荷大于等于3.5kgCOD/(m3·d)，且泥龄控制为20～30d，使混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在10g/L以上，同时污泥龄根据进水负荷和出水磷浓度要求等进行控制。好氧池2中，当使用平板膜组件时，曝气强度应小于等于1.25m3/(m2·min)(以投影面积计算)，使待处理污泥的溶解氧浓度维持在0.5～1.5mg/L。通过上述对MBR的进行设计优化和参数优化，实现了在不添加化学药剂的情况下利用高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)将待处理污水中的大部分磷转移至一级反应出泥中，一级反应出水的总磷浓度最低可达到0.1mg/L以下。
一级反应出泥排放至多段平板膜污泥浓缩池9，包括有至少三段次级平板膜浓缩组件10，多段平板膜污泥浓缩池9与二级出水泵12连接，通过抽吸作用完成固液分离，得到二级反应出水和二级反应出泥。各段溶解氧均应维持在适宜浓度，从而抑制释磷过程，使膜组件出水磷浓度低于0.5mg/L：第一段次级平板膜浓缩组件10的曝气强度控制为1.0～1.2m3/(m2·min)，第二段次级平板膜浓缩组件10的曝气强度控制为1.3～1.5m3/(m2·min)；第一段次级平板膜浓缩组件10和第二段次级平板膜浓缩组件10穿孔管进行曝气，第三段次级平板膜浓缩组件10和第(3+n)段次级平板膜浓缩组件10同时采用穿孔管和微孔管进行曝气，避免污泥浓度高降低供氧传质效率。各段次级平板膜浓缩组件10采用密集排布方式，相邻的次级平板膜浓缩组件10之间间隔0.7cm，使浓缩池中水力停留时间不高于5h；各段次级平板膜浓缩组件10需定期排空以避免沉积污泥的厌氧释磷，排空周期为15-30天。二级反应出泥的混合液悬浮固体浓度(MLSS)大于等于40g/L，以实现减少污泥体积和后续加热能耗、提升单位体积污泥磷含量的目的。
二级反应出泥通过管道进入加热溶出池13中，第二搅拌器14使污泥混合液处于悬浮状态，加热装置15维持浓缩污泥温度为40-80℃，以增加污泥细胞通透性、降低胞外聚合物附着性，由此可以使污泥中的磷大量释放至上清液中。
加热溶出池13与固液分离装置16通过管道连接，加热溶出池13排放的污泥进入固液分离装置16中，通过有效的固液分离，获得富磷上清液和脱水污泥。富磷上清液通过管道进入磷回收装置17以待后续利用。
下面通过一实施例来具体说明：
待处理污水为生活污水，来源于上海某污水处理厂，用本发明的回收方法进行处理，包括有厌氧池和好氧池2，规模0.58t/d，膜通量为30L/(m2·h)，总水力停留时间6h，MLSS浓度约10g/L以上。去除结果如附图2-3所示，MBR在总水力停留时间不超过6小时、污泥浓度10g/L左右的条件下，好氧池2DO浓度维持在0.5～1.5mg/L，装置对总磷的去除效果稳定，出水总磷稳定低于0.5mg/L，最低可达到0.09mg/L，去除率维持在90％以上；同时出水COD浓度稳定低于50mg/L。
因本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内做出变化和修改。

Claims (6)

1.一种对污水中磷的去除和回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、待处理污水进入高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)进行释磷、除磷和固液分离过程，获得一级反应出水和一级反应出泥；
S2、所述一级反应出泥进入多段平板膜污泥浓缩池进行污泥浓缩，获得二级反应出水和二级反应出泥；
S3、所述二级反应出泥进入加热溶出池内进行加热和搅拌，并通过固液分离装置获得富磷上清液和去磷污泥；
高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)包括第一厌氧池和好氧池，所述第一厌氧池内设有第一搅拌器，所述好氧池内设有固液分离膜组件和第一曝气组件；
待处理污水首先进入所述第一厌氧池内进行释磷过程，继而进入所述好氧池进行吸磷除磷、有机物去除过程，最后进入固液分离膜组件进行固液分离，获得所述一级反应出水和所述一级反应出泥；
高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的待处理污水的停留时间小于等于6h；
以所述好氧池有效容积计算，氨氮容积负荷大于等于0.3kgN/(m3·d)，以所述好氧池加所述一级厌氧池的总容积计算，COD容积负荷大于等于3.5kgCOD/(m3·d)；
污泥在高负荷厌氧-好氧膜生物反应器(AP/O-MBR)内的泥龄为20～30d，使混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在10g/L以上；
所述固液分离膜组件为平板膜组件，且曝气强度小于等于1.25m3/(m2·min)，使待处理污泥的溶解氧浓度维持在0.5～1.5mg/L；
所述多段平板膜污泥浓缩池由至少3段的次级平板膜浓缩组件串联组成，每段所述次级平板膜浓缩组件都包括有平板式污泥浓缩膜组件和第二曝气管，二级反应出泥的混合液悬浮固体浓度(MLSS)大于等于40g/L；
各段所述次级平板膜浓缩组件采用密集排布方式，相邻所述次级平板膜浓缩组件间隔0.5～1.5cm。
2.根据权利要求1所述的对污水中磷的去除和回收方法，其特征在于，所述第二曝气管包括有穿孔管和微孔管；第一段所述次级平板膜浓缩组件和第二段所述次级平板膜浓缩组件采用所述穿孔管进行曝气，且第一段所述次级平板膜浓缩组件的曝气强度为1.0～1.2m3/(m2·min)，第二段所述次级平板膜浓缩组件的曝气强度为1.3～1.5m3/(m2·min)；
第三段所述次级平板膜浓缩组件和第(3+n)段所述次级平板膜浓缩组件同时采用所述穿孔管和所述微孔管进行曝气。
3.根据权利要求1所述的对污水中磷的去除和回收方法，其特征在于，各段所述次级平板膜浓缩组件需定期排空，排空周期为15-30天。
4.根据权利要求1所述的对污水中磷的去除和回收方法，其特征在于，所述加热溶出池包括有第二搅拌器和加热装置；
所述加热装置维持所述二级反应出泥的温度为40-80℃。
5.根据权利要求1或4所述的对污水中磷的去除和回收方法，其特征在于，所述加热溶出池后还设有第二厌氧池。
6.根据权利要求1所述的对污水中磷的去除和回收方法，其特征在于，还包括有磷回收装置，所述富磷上清液进入所述磷回收装置内进行磷的回收。
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