CN113526667A - 一种污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，属于污水处理技术领域。本发明通过厌氧反应池中添加复合功能材料，促进水体中的磷酸盐转化为气态磷化物并从水体中逸出，实现强化生物除磷的目的，所述复合功能材料主体包括铁与碳组分，并添加粘结剂与造孔剂，混合后在氮气氛围中烧制成质轻、疏松的孔状材料；将制备的复合功能材料装填至网状格栅框体中并沿厌氧池水流方向设置，废水在厌氧池廊道内流动时与浸置其中的复合功能材料接触，促进水体中溶解性磷酸盐有效转化为气态磷化物。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法。
背景技术
城市污水中的磷主要来自生活污水、工业废水以及农业生产用水等几个方面。自然环境中，磷以有机和无机磷酸盐形式存在，它不仅是生物细胞的重要组成成分，也是许多重要辅酶的组成部分，RNA、DNA含磷量通常较高。污水处理体系中，正磷酸盐、有机磷和聚磷酸盐是磷的主要存在形式。水体中磷含量过高往往导致水体富营养化，给自然水体带来严重的负面影响，因此处理污水中的磷刻不容缓。目前的除磷方法主要有生物法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法等。传统的污水处理厂利用聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷的污水生物除磷技术原理，将磷从液相中转移到固相污泥中，污泥中的磷还需后续进一步处理。化学法除磷工艺消耗化学药剂如PAC并产生大量化学污泥，造成二次环境污染且处理成本相对较高；渗析法、离子交换法等技术运行成本高、操作复杂，很难满足废水除磷的实际运行需求。
厌氧条件下，废水中的磷酸盐会有少量转化为气态磷化物从而导致水体中总磷浓度降低，但这种作用程度甚为有限。现有专利ZL201810100234.1将厌氧污泥接种至待处理含磷废水中，投加生物炭并施加外部直流电，含磷废水在生物炭耦合微电流作用下，厌氧微生物将磷酸盐转化为气态磷化氢并从水体中逸出，从而降低水体中溶解性磷含量，但外加直接电会导致除磷工艺过程较为复杂，操作控制难度较大。已有专利CN108178296A向含磷废水中投加外源药剂Na2S2O3和/或Na2SO3，废水中总磷下降效果也较为明显，但该方法需要加入大量外源药剂，同样会增大水处理工艺的运营成本。可见，开发运行高效但操控并不复杂的其他废水磷去除技术，对污水处理厂的提质增效具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，在厌氧反应池中投加复合功能材料强化生物除磷。复合功能材料主体包括铁与碳组分，并添加粘结剂与造孔剂，混合后在氮气保护条件下烧制成质轻、疏松的孔状材料；将制备的复合功能材料装填至网状格栅框体中，之后浸置于厌氧池中，废水在厌氧池廊道内流动时与浸置其中的功能材料接触，水体中溶解性磷酸盐转化为气态磷化物并从水体中逸出，从而实现废水强化生物除磷的目的。
本发明的目的是这样实现的，所述污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，在水处理工艺厌氧反应池中加入复合功能材料，促进废水中溶解态的磷酸盐转化成气态含磷化合物并从水体中逸出，实现强化生物除磷的目的。
优选的，所述复合功能材料的质量组成为：铁20-65%，碳基材料32-40%，粘结剂8-18%，造孔剂1-2.5%。
优选的，所述铁为还原铁粉或生铁铁屑，并按照铁质量的0-25%加入含锰的钒钛磁铁矿冶炼钢渣、锰矿渣。
优选的，所述碳基材料为椰壳活性炭、污泥活性炭、木炭的任一种或多种。
优选的，所述粘结剂为聚乙烯醇、膨润土、酚醛树脂中任一种或多种，所述造孔剂为碳酸氢铵或碳酸氢钠。
优选的，所述复合功能材料的制备方法包括以下步骤：
（1）以铁和碳基材料为主要组分，按比例加入粘结剂与造孔剂并混合均匀，压制成球形颗粒；
（2）将所述步骤（1）制备的球形颗粒混合物料转移至反应炉中，在氮气氛围中烧制成复合功能材料。
优选的，所述球形颗粒直径为2-3cm。
优选的，所述步骤（2）反应炉热处理温度为450-750 ℃，保留时间1.2-2.0h，以氮气为载气。
优选的，所述的复合功能材料按一定方式和比例投加到厌氧反应池中，具体为将复合功能材料分别装填至数个网状格栅框体中，依次浸置于厌氧反应池不同水流廊道中，按10-25 kg/m3废水核算复合功能材料的投加用量。弱酸性条件下铁碳复合功能材料通过原电池作用产生电子与新生态氢气，促进水体中微生物将污水中溶解态磷酸盐转化为气态含磷化合物。
阳极（Fe）：Fe-2e-→Fe2+
阴级（C）：2H++2e-→2[H]→H2
原电池反应的同时，微生物促进磷酸盐还原转化： H2PO4 —→HPO3 2-→H2PO2 -→PH3。
优选的，厌氧反应池进水pH控制为5.5-7.5，废水在厌氧池不同廊道内从进水至出水期间，与网状格栅框体内的复合功能材料接触4~8次。
优选的，从厌氧池的中后段抽取部分混合液内回流至厌氧池进水端，回流液为厌氧池进水量的5-20%。
本发明的有益效果：
1）复合功能材料通过原电池作用原理产生电子与新生态氢，为废水中磷酸盐的生物还原创造有利微观环境，废水中总磷酸盐含量降低至1.8mg/L甚至更低；相比常规UCT工艺厌氧处理，添加复合功能材料的厌氧反应池中废水中总磷酸盐去除率至少提升53%以上。
2）复合功能材料制备过程中添加碳酸氢铵、碳酸氢钠任一种作为造孔剂，制备的球形水处理材料质轻、疏松且具有较大的孔径，为后续装填及使用提供便利条件。
3）复合功能材料制备时，添加适量含锰的钒钛磁铁矿冶炼钢渣、锰矿渣，废水除磷效果更为明显。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于所述内容。
实施例1
（1）将54%铁粉、27%椰壳活性炭、17.5%膨润土和1.5%碳酸氢铵混匀，然后压制成直径3cm球形颗粒，将其转移至550℃反应炉中，在氮气氛围中高温热处理2h，制备得到类似陶粒性状的铁碳复合功能材料；
（2）将步骤（1）制备的铁碳复合功能材料投加到UCT水处理工艺的厌氧池中，水体pH值为7.1，厌氧池共有6个廊道，自厌氧池进水开始的第1、2、3、4、5廊道中部设置装填有复合功能材料的网状格栅框体；在厌氧池第4廊道末端安装回流泵，将废水送回至第1廊道进水口位置，回流废水的流量为厌氧池进水流量的15%。
相比厌氧池进水口的总磷含量，添加铁碳复合功能材料的水处理体系厌氧池出水口总磷去除率为80.5%；与此对照，常规UCT水处理工艺厌氧池出水口总磷去除率仅为18.2%。
将椰壳活性炭换成污泥基活性炭、木炭，其他条件均保持不变，厌氧池出水口总磷去除率分别为73.3%、75.9%。
实施例2
（1）将51%铁粉、34%椰壳活性炭、13.5%聚乙烯醇、1.5%碳酸氢钠混匀，然后压制成直径3cm球形颗粒，将其转移至550℃反应炉中，在氮气氛围中高温热处理2h，制备得到铁碳复合功能材料；
（2）将步骤（1）制备的功能材料投加到UCT水处理工艺的厌氧池中，水体pH值为6.8，厌氧池共有6个廊道，自厌氧池进水开始的第1、2、3、4、5廊道中部设置装填有复合功能材料的网状格栅框体；在厌氧池第4廊道末端安装回流泵，将废水送回至第1廊道进水口位置，回流废水的流量为厌氧池进水流量的10%。
相比厌氧池进水口的总磷含量，添加复合功能材料的水处理体系厌氧池出水口总磷去除率为75.8%；与此对照，常规UCT水处理工艺厌氧池出水口总磷去除率仅为18.2%。
实施例3
（1）将44%铁粉、44%椰壳活性炭、16.8%膨润土、1.2%碳酸氢铵混合均匀，然后压制成直径3cm球形颗粒，将其转移至700℃反应炉中，在氮气氛围中高温热处理1.5h，制备得到铁碳复合功能材料；
（2）将步骤（1）制备的复合功能材料投加到UCT水处理工艺的厌氧池中，水体pH值为6.5，厌氧池共有6个廊道，自厌氧池进水开始的第1、2、3、4、5廊道中部设置装填有复合功能材料的网状格栅框体；在厌氧池第4廊道末端安装回流泵，将废水送回至第1廊道进水口位置，回流废水的流量为厌氧池进水流量的5%。
常规UCT水处理工艺厌氧池出水口总磷去除率仅为18.2%，添加复合功能材料的水处理体系厌氧池出水口总磷去除率为77.5%。
实施例4
（1）将45%铁粉、5%锰矿渣、32%椰壳活性炭、16.8%膨润土、1.2%碳酸氢铵混合均匀，然后压制成直径2cm球形颗粒，将其转移至700℃反应炉中，在氮气氛围中高温热处理1.5h，制备得到铁碳复合功能材料；
（2）将步骤（1）制备的复合功能材料投加到UCT水处理工艺的厌氧池中，水体pH值为6.5，厌氧池共有6个廊道，自厌氧池进水开始的第1、2、3、4、5廊道中部设置装填有复合功能材料的网状格栅框体；在厌氧池第4廊道末端安装回流泵，将废水送回至第1廊道进水口位置，回流废水的流量为厌氧池进水流量的5%。
常规UCT水处理工艺厌氧池出水口总磷去除率仅为18.0%，添加复合功能材料的水处理体系厌氧池出水口总磷去除率为73.6%。
将本实施例步骤（1）中锰矿渣替换成钒钛磁铁矿冶炼钢渣，其他操作条件均保持不变，添加复合功能材料的水处理体系厌氧池出水口总磷去除率为71.9%。
实施例5
（1）将40%铁粉、10%锰矿渣、32%椰壳活性炭、16.5%膨润土、1.5%碳酸氢铵混合均匀，然后压制成直径2cm球形颗粒，将其转移至700℃反应炉中，在氮气氛围中高温热处理1.5h，制备得到铁碳复合功能材料；
（2）将步骤（1）制备的复合功能材料投加到UCT水处理工艺的厌氧池中，水体pH值为6.8，厌氧池共有6个廊道，在厌氧池每个廊道中部设置装填有复合功能材料的网状格栅框体；按水流方向在厌氧池第4廊道末端安装回流泵，将废水送回至第1廊道进水口位置，回流废水的流量为厌氧池进水流量的15%。
常规UCT水处理工艺厌氧池出水口总磷去除率仅为18.1%，添加复合功能材料的水处理体系厌氧池出水口总磷去除率为87.2%。
Claims (10)
1.一种污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于，在水处理工艺厌氧反应池中加入复合功能材料，促进废水中溶解态的磷酸盐转化成气态含磷化合物并从水体中逸出，实现强化生物除磷的目的。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于，所述复合功能材料的质量组成为：铁20-65%，碳基材料32-40%，粘结剂8-18%，造孔剂1-2.5%。
3.根据权利要求2所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于所述铁为还原铁粉或生铁铁屑，并按照铁质量的0-25%加入含锰的钒钛磁铁矿冶炼钢渣、锰矿渣。
4.根据权利要求2所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于所述碳基材料为椰壳活性炭、污泥活性炭、木炭的任一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于所述粘结剂为聚乙烯醇、膨润土、酚醛树脂中任一种或多种，所述造孔剂为碳酸氢铵或碳酸氢钠。
6.根据权利要求1-5任一所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于，所述复合功能材料的制备方法包括以下步骤：
（1）以铁和碳基材料为主要组分，按比例加入粘结剂与造孔剂并混合均匀，压制成球形颗粒；
（2）将所述步骤（1）制备的球形颗粒混合物料转移至反应炉中，在氮气氛围中烧制成复合功能材料。
7.根据权利要求6所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于所述步骤（2）反应炉热处理温度为450-750 ℃，保留时间1.2-2.0h，以氮气为载气。
8.根据权利要求1所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于将复合功能材料分别装填至数个网状格栅框体中，依次浸置于厌氧反应池不同水流廊道中，按10-25 kg/m3废水核算复合功能材料的投加用量。
9.根据权利要求8所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于厌氧反应池进水pH控制为5.5-7.5，废水在厌氧池不同廊道内从进水至出水期间，与网状格栅框体内的复合功能材料接触4~8次。
10.根据权利要求1所述的污水处理厂厌氧强化生物除磷的技术方法，其特征在于从厌氧反应池的中后段抽取部分混合液内回流至厌氧池进水端，回流液为厌氧池进水量的5-20%。
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