CN113149216A

CN113149216A - 一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法

Info

Publication number: CN113149216A
Application number: CN202110486704.4A
Authority: CN
Inventors: 何秋来; 谢芷怡; 徐鹏; 余健; 付志冬; 冉权; 储云龙; 陈彦冰
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2021-05-01
Filing date: 2021-05-01
Publication date: 2021-07-23

Abstract

本发明公开了一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于包括以下工艺系统，所述工艺系统为厌氧/好氧/缺氧生物处理系统和侧流回收系统。所述厌氧/好氧/缺氧生物处理系统采用序批式间歇反应器，污水流经主流生物系统实现同步硝化反硝化除磷。定期收集厌氧段释磷上清液至侧流系统，采用投加回收药剂的方式将上清液中的磷酸盐回收。该方法同时实现了污水处理、环境保护和资源回收，具有占地面积小，去除效果好，回收效率高，污泥产率低等优点。

Description

一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法

技术领域

本发明涉及资源回收再利用与环境保护领域，尤其涉及一种同步硝化反硝化除磷耦合侧流磷回收的方法。

背景技术

磷是地球上生命体的必需元素之一，对人类生产和生活至关重要且无可替代。近90％的磷来自于磷酸盐岩，是一种不可再生资源，据报道，现存可供人类生产使用的磷矿仅够维持50-100年，此后全球对于磷矿将供不应求。

市政污水是人类社会向自然水体排放磷元素的主要来源，过量的磷同氮一起排放入水体，会造成水体富营养化，导致水生生物多样性急剧下降。然而，正是由于市政污水富含磷元素这一特点，它也成为磷回收的潜在来源。若仅从市政污水中回收磷，能够满足全球对磷矿需求的15-20％。

生物除磷是污水处理中，利用聚磷菌的厌氧释磷好氧超量吸磷的特性将磷从污水中去除。侧流磷回收是在生物化学协同除磷的基础上，将富磷上清液引离，随后添加化学药剂回收。然而，若持续性将磷源引离生物系统，会破坏微生物对磷源的利用与储存，甚至使得整个系统除磷性能崩溃。回收侧流比对生物系统的稳定运行具有较大影响，因此选择合理的参数对提高侧流除磷工艺的磷回收潜能，并保证整个生物除磷系统的长期稳定运行具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法。该系统包括两个子系统，分别为主流生物处理系统和侧流化学磷回收系统。主流生物处理系统采用A/O/A运行模式，实现同步脱氮除磷及有机物去除，出水达到排放标准。定期将厌氧段末端的富磷溶液进行侧流收集，通过投加化学药剂以实现磷回收。在不进行手动排泥的情况下降低了污泥产率，该方法同时实现了污水处理，环境保护和资源回收。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤一、将合成废水一放入污水存储结构；

步骤二、保持污水存储结构处于厌氧环境下并搅拌，使反应保持至第一预设时间；

步骤三、保持污水存储结构处于好氧的环境下并且搅拌，使反应保持至第二预设时间；

步骤四、保持污水存储结构处于缺氧的环境下并且搅拌，使反应保持至第三预设时间；

步骤五、关闭搅拌桨使污水存储结构中的混合物静置，使得泥水分离；

步骤六、将静置得到的上清液按设置比例排放，剩下的污泥和清液留在污水存储结构中；

步骤七、重复步骤一至步骤六至厌氧环境下污水存储结构内污水的磷含量达到预设值；

步骤八、在厌氧环境下，污水存储结构内污水的磷含量达到预设值后，停止搅拌，将污水存储结构内的污水静置沉淀，取上清液，回收上清液中的磷。

进一步的改进，所述步骤六中上清液的排放比例为总体积的50％。

进一步的改进，所述步骤七中通过侧流回收系统，取上清液，回收上清液中的磷；所述通过侧流回收系统取上清液，回收上清液中磷的方法，包括如下步骤：

S1、所述污水存储结构循环步骤一至步骤六至预设时间，在步骤二厌氧反应阶段末期，关闭搅拌桨，将污水存储结构中的混合物静置至泥水分离，将部分上清液按一定的侧流比引离至侧流存储装置中；

S2、在污水存储结构中引入合成废水二，所述合成废水二中的氨氮含量与污水存储结构中的混合物氨氮含量一致，进入步骤三阶段；

S3、侧流回收系统回收上清液的次数达到预设次数后，在侧流存储装置中进行磷回收，调节侧流存储装置内部反应环境的PH至结晶的最佳范围，在所述侧流存储装置中加入回收药剂，回收磷。

进一步的改进，所述污水存储结构采用序批式间歇反应器，所述反应器的顶部设有两根进水管，所述反应器的柱筒两侧分别设置出水口，出水口一连通侧流存储装置，出水口二连通外界，所述序批示间歇反应器的底部设置有曝气头。

进一步的改进，所述两根进水管分别用来接入合成废水一和合成废水二。

进一步的改进，所述的合成废水一为低负荷废水，组成为200～300mg/LCOD，3～4mg/L TP，20～24mg/L NH4+-N，10mg/L CaCl2，10mg/L MgSO4·7H2O，0.9mg/LFeCl3·6H2O,0.15mg/L H3BO3,0.18mg/L KI,0.03mg/L CuSO4·5H2O,0.06mg/L MnCl2·4H2O,0.12mg/L ZnSO4·7H2O,0.15mg/L CoCl2·6H2O,0.06mg/LNa2MoO4·2H2O以及10mg/LEDTA；合成废水二组成为10～12mg/L NH4+-N，具体浓度为合成废水一中氨氮负荷的1/2。

进一步的改进，所述第一预设时间时长为2～2.5小时，所述第二预设时间时长为1.5～2.5小时，所述第三预设时间时长为2～3.5小时。

进一步的改进，所述的上清液引流预设时间为回收初期7d/次，两周后改为5d/次，所述预设次数为7次。

进一步的改进，所述上清液引流进入侧流存储装置中所用的引离比例为10～50％。

进一步的改进，所述的回收药剂为钙盐、镁盐、铁盐和亚铁盐中任一一种或多种。

本发明结果表明，在低进水负荷且不外加碳源的情况下，短期回收不会恶化主流系统的同步脱氮除磷功能，最高能够回收进水中35％以上的磷，能够在提高系统除磷效率，保证污水处理效果的情况下同时实现磷资源回收。此外，由于定期将上清液中的磷酸盐引离，减少了系统内可利用的磷源，从而降低了微生物的增殖速率，使得剩余污泥产量显著降低。

附图说明

图1为一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法流程图；

图2为侧流比为0％与50％时主流反应器厌氧段释磷浓度变化；

图3为回收期内的污泥产率。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

从长沙市某污水厂脱水车间取回泥饼，溶解后过2mm筛加入SBR反应器，污泥浓度为4552mg/L。反应器运行模式为厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)模式，将缺氧段后置，有利于富集反硝化聚磷菌，厌氧段将外碳源转化为细胞内碳源，缺氧段利用内碳源进行反硝化除磷，节省碳源投加量，实现同步反硝化除磷。运行条件为厌氧段120min，好氧段120min，缺氧段120min(其中包括沉淀60min，出水3min，进水2min)，每周期为6h，每天4个周期。出水口设置在反应器中间高度，每周期出水量占总反应器体积50％，水力停留时间为12h。进水采用低负荷人工配水，从反应器顶部进入，其组成为230mg/LCOD，3.5mg/L TP，22mg/LNH₄ ⁺-N，10mg/L CaCl₂，10mg/L MgSO₄·7H₂O，0.9mg/L FeCl₃·6H₂O,0.15mg/LH₃BO₃,0.18mg/L KI,0.03mg/L CuSO₄·5H₂O,0.06mg/L MnCl₂·4H₂O,0.12mg/LZnSO₄·7H₂O,0.15mg/L CoCl₂·6H₂O,0.06mg/L Na₂MoO₄·2H₂O以及10mg/L EDTA。搅拌转速为150rpm。在该运行模式下，反应器内聚磷菌在厌氧阶段完成碳源的吸收，将细胞外碳源转化为生物细胞内碳源，同时实现释磷，厌氧末端溶液中磷浓度达到30mg/L以上，在该实施例中侧流比例为0％。好氧段通过气体流量计将曝气量控制为200mL/min，溶解氧浓度为3～4mg/L，该阶段通过硝化/同步硝化反硝化作用实现氨氮去除，同时聚磷菌利用细胞内储存的糖原作为能量超量吸收水环境中的磷。缺氧阶段溶解氧浓度＜0.5mg/L，反应器内微生物进一步实现反硝化与除磷，出水水质均达到GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。整个运行周期中，污泥浓度由初始的4552mg/L增加至7785mg/L，污泥产率为0.38gMLSS/g COD，污泥内磷含量相比刚接种时增加了60％。

实施例2

从长沙市某污水厂脱水车间取回泥饼，溶解后过2mm筛，分为四等分接种至SBR反应器，接种后测得污泥浓度为4500mg/L。主流反应器运行条件为厌氧段120min，好氧段120min，缺氧段120min(其中包括沉淀60min，出水3min，进水2min)，每周期为6h，每天4个周期。反应器顶部设有两根进水管，分别用于接受合成废水一与合成废水二。合成废水一由乙酸钠提供唯一碳源，磷酸二氢钾和氯化铵分别提供磷源和氮源，添加少量钙盐与镁盐模拟水中硬度，并加入少量微量元素液。具体浓度为230mg/LCOD，3.5mg/L TP，22mg/L NH₄ ⁺-N，10mg/L CaCl₂，10mg/L MgSO₄·7H₂O，0.9mg/L FeCl₃·6H₂O,0.15mg/L H₃BO₃,0.18mg/L KI,0.03mg/L CuSO₄·5H₂O,0.06mg/L MnCl₂·4H₂O,0.12mg/LZnSO₄·7H₂O,0.15mg/L CoCl₂·6H₂O,0.06mg/L Na₂MoO₄·2H₂O以及10mg/L EDTA。出水口设置在反应器中间高度，每周期出水量占总反应器体积50％，水力停留时间为12h。反应器内搅拌转速为150rpm。

厌氧段溶解氧浓度＜0.1mg/L，好氧段通过气体流量计将曝气量控制在200mL/min，溶解氧浓度为3～4mg/L，缺氧段溶解氧浓度＜0.5mg/L。

主流反应器进水90min后关闭搅拌桨，此时已基本释磷完全，沉淀30min，使污泥沉至出水口以下，随后将上清液引离进入侧流反应器，引离侧流比分别为10％、20％、30％、50％，此时该溶液中磷浓度达到进水中磷浓度的10倍以上，PO₄ ^3-浓度约为35～45mg/L。回收期内厌氧段释磷浓度变化见图2。同时向主流反应器内加入NH₄ ⁺-N浓度为11mg/L合成废水二，将水位补至回收前，降低反应器内因氨氮浓度降低对硝化菌的影响。将收集的富磷上清液进行抽滤，过0.45μm滤膜，调节pH至11，测得PO₄ ^3-浓度后以Ca/P为1.8比值加入相应CaCl₂溶液，搅拌5min，反应完全后沉淀，收集滤后沉淀物干燥，弃去上清液。整个回收过程中不外加碳源，不增加进水磷浓度，不额外对反应器进行调控，仅通过微生物代谢作用富集厌氧上清液。回收初期初始频率为7d/次，两周后改为5d/次。经过7次回收后系统除磷效果未受到恶化，出水TP＜0.1mg/L。通过该方法最高回收了进水中36％的磷，经历7次回收后污泥产率见图3。由于厌氧释磷上清液侧流磷回收间接提高了进水COD/P比值，不外加碳源的情况下具有强化生物除磷效果的作用，定期将上清液中的磷酸盐引离，减少了系统内可利用的磷源，从而降低了微生物的增殖速率，使得剩余污泥产量显著降低。因此，该方法不仅保证了污水处理效果，同时实现了磷资源回收，降低了剩余污泥产量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示。

Claims

1.一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤一、将合成废水一放入污水存储结构；

2.如权利要求1所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述步骤六中上清液的排放比例为总体积的50％。

3.如权利要求1所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述步骤八中通过侧流回收系统，取上清液，回收上清液中的磷；所述通过侧流回收系统取上清液，回收上清液中的磷的方法，包括如下步骤：

S2、在污水存储结构中引入合成废水二，所述合成废水二中的氨氮含量与污水存储结构中的污水氨氮含量一致，进入步骤三阶段；

S3、当侧流回收系统回收上清液的次数达到预设次数后，在侧流存储装置中进行磷回收，调节侧流存储装置内部反应环境的pH至结晶的最佳范围，在所述侧流存储装置中加入回收药剂，回收磷。

4.如权利要求3所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述污水存储结构采用序批式间歇反应器，所述反应器的顶部设有两根进水管，所述反应器的柱筒两侧分别设置出水口，出水口一连通侧流存储装置，出水口二连通外界，所述序批示间歇反应器的底部设置有曝气头。

5.如权利要求3所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述两根进水管分别用来接入合成废水一和合成废水二。

6.如权利要求4所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述的合成废水一为低负荷废水，组成为200～300mg/LCOD，3～4mg/L TP，20～24mg/L NH₄ ⁺-N，10mg/L CaCl₂，10mg/L MgSO₄·7H₂O，0.9mg/L FeCl₃·6H₂O,0.15mg/L H₃BO₃,0.18mg/L KI,0.03mg/L CuSO₄·5H₂O,0.06mg/L MnCl₂·4H₂O,0.12mg/L ZnSO₄·7H₂O,0.15mg/L CoCl₂·6H₂O,0.06mg/L Na₂MoO₄·2H₂O以及10mg/L EDTA；合成废水二组成为10～12mg/L NH₄ ⁺-N，具体浓度为合成废水一中氨氮负荷的1/2。

7.如权利要求1所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述第一预设时间时长为2～2.5小时，所述第二预设时间时长为1.5～2.5小时，所述第三预设时间时长为2～3.5小时。

8.如权利要求2所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述的上清液引流预设时间为回收初期7d/次，两周后改为5d/次，所述预设次数为7次。

9.如权利要求2所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述上清液引流进入侧流存储装置中所用的引离比例为10～50％。

10.如权利要求2所述的一种同步硝化除磷耦合侧流磷回收的方法，其特征在于，所述的回收药剂为钙盐、镁盐、铁盐和亚铁盐中任一一种或多种。