CN113666498B - 强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置及方法 - Google Patents

强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置及方法，装置包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池，二沉池之后还依次连通有厌氧消化池和磁力多功能水力旋流器，所述磁力多功能水力旋流器包括矩形进料口、水力旋流器壳体、溢流管、中心管、永磁铁和出料口。本发明通过添加并回收粉末硅藻土提升微生物浓度，强化脱氮效率，通过蓝铁石结晶实现污泥中磷的去除。蓝铁石得到分离与硅藻土的回收由磁力多功能水力旋流装置实现，可完成蓝铁石、粉末硅藻土和污泥“三泥”的分离与回收，促进污水脱氮效率和磷回收。本发明克服了传统化学除磷法的技术缺陷，具有良好的经济和环境效益。

Description

强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置及方法
技术领域
本发明属于污水深度处理工艺技术领域，具体涉及一种强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法。
背景技术
城镇污水中的磷主要以磷酸盐和有机磷化合物为主，且随着水体富营养化问题日益严重，氮、磷等污染物的去除是城镇污水处理过程的重要环节。另一方面，磷参与植物光合作用和其它能量传递过程，在农业生产中具有重要意义，且磷矿资源已成为我国稀缺性矿产之一。因此污水中磷的回收和再利用是城镇污水中磷处理的重要途径，而不仅是将磷转移至剩余污泥中。
目前，用于磷处理和回收的主要方法有化学沉淀法、吸附法、结晶法、生物法、和离子交换法等，主要以化学沉淀法和结晶法为主。化学沉淀法的除磷效率较高，氮处理成本较高且生成的沉淀若处理不当易产生二次污染。结晶法用于污水中磷回收已得到广泛研究，主要的结晶产物有羟基磷灰石(HAP)和鸟粪石(MAP)，而这两种结晶产物均需碱性条件下才能完成，增加了磷回收成本。
蓝铁石结晶回收磷技术是指在富磷的污泥中，投加三价铁，在厌氧环境下，通过厌氧释磷和异化铁还原微生物作用和蓝铁石结晶过程，形成蓝铁石沉淀，实现污水中磷资源的回收。
此外，粉末硅藻土比表面积大，适合微生物附着，能够富集功能微生物，从而提升反应池内微生物浓度，提升脱氮效率。
但是少有研究考虑蓝铁石沉淀的分离回收以及粉末硅藻土的回收再利用方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置及方法。通过添加并回收粉末硅藻土提升微生物浓度，强化脱氮效率，通过蓝铁石结晶实现污泥中磷的去除。磁力多功能水力旋流装置可实现蓝铁石、粉末硅藻土和污泥“三泥”的分离与回收，克服了传统化学除磷法的技术缺陷，同步强化城镇污水的高效脱氮除磷过程，具有良好的经济和环境效益。
本发明提供如下技术方案：强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置，包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池，所述二沉池之后还依次连通有厌氧消化池和磁力多功能水力旋流器，所述磁力多功能水力旋流器包括矩形进料口、水力旋流器壳体、溢流管、中心管、永磁铁和出料口。
进一步地，所述磁力多功能水力旋流器的直径D0为100～150mm，所述磁力多功能水力旋流器的底流口直径D3为10～30mm，所述磁力多功能水力旋流器的圆柱体高度H0为65～300mm；所述溢流管的直径D1为12～65mm，所述溢流管的高度H1为35～60mm；所述矩形进料口的高度H2为12.5mm，所述矩形进料口的宽度H3为25mm；所述中心管的直径D2为15mm。
进一步地，所述磁力多功能水力旋流器的直径D0为135mm，所述磁力多功能水力旋流器的底流口直径D3为20mm，所述磁力多功能水力旋流器的圆柱体高度H0为180mm；所述溢流管的直径D1为35mm，所述溢流管的高度H1为50mm。
进一步地，所述磁力多功能水力旋流器的锥角α为20°。
进一步地，所述磁力多功能水力旋流器的进料口水平倾角β为5°。
本发明还提供采用上述装置的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，包括以下步骤：
1)城镇污水依次进入所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧反应池，将粉末硅藻土投加进入所述厌氧池，作为脱氮功能菌微生物的载体；
2)所述好氧池排放出的混合液进入所述二沉池，所述二沉池中的剩余污泥部分回流至所述厌氧池，并再次依次进入所述缺氧和所述好氧反应池，部分进入厌氧消化池
3)将三价铁源物质投加进入所述厌氧消化池，所述三价铁源物质中的三价铁被所述厌氧消化池中的异化铁还原微生物还原为二价Fe，并与污泥在所述厌氧消化过程中释放的PO4 3-结晶形成蓝铁石沉淀，实现城镇污水中磷的去除；
4)所述厌氧消化池排出的混合污泥进入所述磁力多功能水力旋流器，在磁力和水流剪切力作用下，完成蓝铁石沉淀、粉末硅藻土和污泥三种物质的分离，并回收利用部分蓝铁石沉淀和粉末硅藻土，部分蓝铁石沉淀投加进入厌氧消化池作为蓝铁石结晶的晶种，粉末硅藻土回收并通过投料器输送返回所述厌氧池。
进一步地，所述的粉末硅藻土粒径为18～45μm，堆积密度≤0.53g/cm3，灼烧失重≤2.0％。
进一步地，所述步骤3)投加的三价铁源物质为FeCl3溶液或FeCl3固体粉末中的一种，三价铁源物质按所述三价铁源物质中的Fe与污泥中的P的摩尔比为2：1的量投加。
进一步地，所述步骤4)形成的蓝铁石结晶的粒径为10～100μm。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过采用投加和回收硅藻土结合蓝铁石结晶相结合，能够有效去除城镇污水中的氮磷污染物，且出水水质优良。
2、本发明通过构建具有磁力多功能水力旋流器的分离回收系统，磁力多功能水力旋流器能够有效地分离蓝铁石沉淀、粉末硅藻土和剩余污泥，实现“三泥”分离，并回收利用部分蓝铁石沉淀和粉末硅藻土。
3、本发明提供的装置及方法不仅高效去除了污水中的氮、磷污染物，还实现了磷资源的回收，克服了传统化学法的技术缺陷，具有良好的经济和环境效益。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置结构及方法流程的示意图。
图2为本发明提供的磁力多功能水力旋流器的示意图。
图3为本发明提供的磁力多功能水力旋流器的俯视、主视和左视剖面图。
图4为本发明提供的磁力多功能水力旋流器的尺寸示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，为本实施例提供的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置，包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池，其特征在于，二沉池之后还依次连通有厌氧消化池和磁力多功能水力旋流器，如图2-3所示，磁力多功能水力旋流器包括矩形进料口1、水力旋流器壳体2、溢流管3、中心管4、永磁铁5和出料口6。
如图3所示，磁力多功能水力旋流器的直径D0为100～150mm，磁力多功能水力旋流器的底流口直径D3为10～30mm，磁力多功能水力旋流器的圆柱体高度H0为65～300mm；溢流管3的直径D1为12～65mm，溢流管3的高度H1为35～60mm；矩形进料口1的高度H2为12.5mm，矩形进料口1的宽度H3为25mm；中心管4的直径D2为15mm。具体的多功能水力旋流器的直径、底流口直径、圆柱体高度，溢流管的直径、高度，矩形进料口的高度、宽度，中心管的直径可以根据实际所要达到的脱氮除磷效果进行选择。
优选地，磁力多功能水力旋流器的直径D0为135mm，磁力多功能水力旋流器的底流口直径D3为20mm，磁力多功能水力旋流器的圆柱体高度H0为180mm；溢流管3的直径D1为35mm，溢流管3的高度H1为50mm。
磁力多功能水力旋流器的锥角α为20°，磁力多功能水力旋流器的进料口水平倾角β为5°。
参见图2和图3，磁力多功能水力旋流器工作原理为，厌氧消化池中混合污泥进入磁力多功能水力旋流器，污泥经消化处理后与氮气进入文丘里射流器，形成高流速水射流，并经由矩形进料口1切向进入水力旋流器，水流沿外壁形成旋流螺旋向下，其中弱磁性、密度较大的蓝铁石晶体在水流剪切力、磁场作用下加速向下，与污泥絮体剥离，最终沿锥状池壁向下通过出料口6排出装置，实现蓝铁石分离。密度相对较低、无磁性的硅藻土通过中心管4抽吸而出，实现硅藻土回收。剩余絮体污泥密度低，所受离心力小，沿中央部位旋流向上，最终通过溢流管3排出装置。完成蓝铁石、硅藻土和污泥“三泥”的分离回收。
实施例2
本实施例提供采用实施例1提供的装置的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，包括以下步骤：
1)城镇污水依次进入厌氧池、缺氧池和好氧反应池，将粉末硅藻土投加进入厌氧池，作为脱氮功能菌微生物的载体，用于提升微生物浓度，有助于有机物去除和硝化-反硝化脱氮过程；
2)好氧池排放出的混合液进入二沉池，二沉池中的剩余污泥部分回流至厌氧池，并再次依次进入缺氧和好氧反应池，部分进入厌氧消化池
3)将三价铁源物质投加进入厌氧消化池，三价铁源物质中的三价铁被厌氧消化池中的异化铁还原微生物还原为二价Fe，并与污泥在厌氧消化过程中释放的PO4 3-结晶形成蓝铁石沉淀，实现城镇污水中磷的去除；
4)在磁力和水流剪切力作用下，完成蓝铁石沉淀、粉末硅藻土和污泥“三泥”的分离，并回收利用部分蓝铁石沉淀和粉末硅藻土，部分蓝铁石沉淀投加进入厌氧消化池作为形成粒径为10～100μm的蓝铁石结晶的晶种，粉末硅藻土回收并通过投料器输送返回厌氧池。
优选地，步骤1采用的粉末硅藻土粒径为18～45μm，堆积密度≤0.53g/cm3，灼烧失重≤2.0％，粉末硅藻土的粒径可以根据实际所要达到的脱氮效果进行选择，
步骤3投加的三价铁源物质为FeCl3溶液或FeCl3固体粉末中的一种，三价铁源物质按其中的Fe与污泥中的P的摩尔比为2：1的量投加。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述方法采用所述强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收装置实现：所述回收装置包括依次连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池，所述二沉池之后还依次连通有厌氧消化池和磁力多功能水力旋流器，所述磁力多功能水力旋流器包括矩形进料口（1）、水力旋流器壳体（2）、溢流管（3）、中心管（4）、永磁铁（5）和出料口（6），其中，所述水力旋流器壳体（2）由位于上方的空心圆柱体以及位于下方与所述空心圆柱体相通的空心圆锥体组成，所述矩形进料口（1）位于所述空心圆柱体的上部，所述出料口（6）位于所述空心圆锥体的底部；所述溢流管（3）和中心管（4）同轴位于空心圆柱体的中心位置，且所述中心管（4）直径小于溢流管（3），所述中心管（4）出口位置高于所述溢流管（3）的出口位置；所述永磁铁（5）设置在所述空心圆锥体的外部；所述矩形进料口（1）延伸至溢流管（3）内部；所述矩形进料口（1）外侧连接有文丘里射流器；
所述方法包括以下步骤：
1）城镇污水依次进入所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池，将粉末硅藻土投加进入所述厌氧池，作为脱氮功能菌微生物的载体；
2）所述好氧池排放出的混合液进入所述二沉池，所述二沉池中的剩余污泥部分回流至所述厌氧池，并再次依次进入所述缺氧池和所述好氧池，部分进入厌氧消化池；
3）将三价铁源物质投加进入所述厌氧消化池，所述三价铁源物质中的三价铁被所述厌氧消化池中的异化铁还原微生物还原为二价Fe，并与污泥在所述厌氧消化过程中释放的PO4 3-结晶形成蓝铁石沉淀，实现城镇污水中磷的去除；
4）所述厌氧消化池排出的混合污泥与氮气进入文丘里射流器，形成高流速水射流进入所述磁力多功能水力旋流器，在磁力和水流剪切力作用下，完成蓝铁石沉淀、粉末硅藻土和污泥三种物质的分离，并回收利用部分蓝铁石沉淀和粉末硅藻土，部分蓝铁石沉淀投加进入厌氧消化池作为蓝铁石结晶的晶种，粉末硅藻土回收并通过投料器输送返回所述厌氧池。
2.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述磁力多功能水力旋流器的直径D 0 为100~150 mm，所述磁力多功能水力旋流器的出料口直径D 3 为10~30 mm，所述磁力多功能水力旋流器的圆柱体高度H 0 为65~300 mm；所述溢流管（3）的直径D 1 为35~65 mm，所述溢流管（3）的高度H 1 为35~60 mm；所述矩形进料口（1）的高度H 2 为12.5 mm，所述矩形进料口（1）的宽度H 3 为25 mm；所述中心管（4）的直径D 2 为15mm。
3.根据权利要求2所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述磁力多功能水力旋流器的直径D 0 为135 mm，所述磁力多功能水力旋流器的出料口直径D 3 为20 mm，所述磁力多功能水力旋流器的圆柱体高度H 0 为180 mm；所述溢流管（3）的直径D 1 为35 mm，所述溢流管（3）的高度H 1 为50 mm。
4.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述磁力多功能水力旋流器的锥角α为20°。
5.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述磁力多功能水力旋流器的进料口水平向下倾角β为5°。
6.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述的粉末硅藻土粒径为18~45 μm，堆积密度≤0.53 g/cm3，灼烧失重≤2.0%。
7.根据权利要求6所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述步骤3）投加的三价铁源物质为FeCl3溶液或FeCl3固体粉末中的一种，三价铁源物质按所述三价铁源物质中的Fe与污泥中的P的摩尔比为2：1的量投加。
8.根据权利要求6所述的强化脱氮除磷系统的蓝铁石分离与硅藻土回收方法，其特征在于，所述步骤4）形成的蓝铁石结晶的粒径为10~100 μm。
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