CN113979538B - 一种化学强化生物除磷的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学强化生物除磷的装置与方法,属于污水处理领域,旨在解决生物除磷过程中出现的出水稳定性差、出水磷不达标等问题。所述装置包括进水箱、进水蠕动泵、生物除磷反应器、pH测定仪探头、pH自动加液控制机、搅拌自动调速装置、溶解氧及温度测定仪探头、多参数测定仪、总磷在线检测仪、模拟信号转化器、主控制器、变频器、微量加药蠕动泵等。所述方法是通过自动精准加药的方式向生物除磷反应器内投加微量四氯化钛絮凝剂进行化学辅助除磷,在实现化学除磷的同时强化生物除磷过程。该方法能够增强生物除磷系统中功能菌群的活性,通过生物与化学协同强化的方式使污水中的磷达到高效稳定去除。

Description

一种化学强化生物除磷的装置与方法
技术领域
本发明属于污水处理领域,涉及一种通过投加化学药剂强化生物除磷,以实现对污水中的磷稳定、高效去除的装置与方法。
背景技术
近年来地表水污染越来越严重,许多水库和湖泊呈现富营养化。造成水体富营养化的主要原因是水体中氮、磷等营养元素过多,引起部分水生生物过度繁殖,导致水质恶化。其中磷是引起淡水系统富营养化的主要因素,控制污水处理厂出水中磷含量尤为重要。
生物除磷被认为是目前最经济、可持续的除磷技术,但该系统很容易受到温度、pH值、进水水质、糖原积累生物体竞争的影响,使得生物除磷系统的长期稳定性和可靠性难以维持。
化学辅助除磷有助于污水厂实现磷达标,因此城镇污水处理厂会采用同步化学除磷技术来增强污水处理厂除磷效果。其中,聚合铝盐和铁基金属盐作为混凝剂的应用日益广泛,聚合氯化铝和硫酸铝是同步化学除磷系统经常采用的除磷试剂。但除磷后残留在水体中的金属离子长期堆积会使水体中微生物受到伤害,并且产生大量剩余污泥,难于处理。
近几年的研究发现,钛盐水解迅速,可取得与铝盐、铁盐混凝剂相当的混凝效果,并且钛盐产生的絮体较大,絮体生长速度较快,沉降性能好,低毒性,其混凝污泥能够产生有价值的TiO2副产品。钛盐作为一种新型、绿色、低毒、高效的水处理药剂,符合目前我国水处理行业的市场需求,发展前景广阔。
发明内容
本发明主要是提供一种化学强化生物除磷的装置与方法,能够使污水中磷实现高效稳定的去除,并且减少处理成本,而且能够有效改善污泥沉降性能,防止污泥膨胀。
为达到上述目的,一种化学强化生物除磷的装置与方法,其特征在于通过自动精准加药的方式向生物除磷反应器内投加微量四氯化钛絮凝剂实现化学除磷,同时强化生物除磷过程,其具体内容为:
1.一种化学强化生物除磷的装置,其特征在于,包括进水箱(1)、进水蠕动泵(2)、生物除磷反应器(3)、pH测定仪探头(4)、pH自动加液控制机(5)、悬臂式搅拌器(6)、搅拌自动调速装置(7)、溶解氧及温度测定仪探头(8)、多参数测定仪(9)、加热装置(10)、自动排泥蠕动泵(11)、氮气扩散砂芯曝气头(12)、氮气瓶(13)、氧气扩散砂芯曝气头(14)、曝气泵(15)、总磷在线检测仪(16)、模拟信号转化器(17)、主控制器(18)、变频器(19)、储药罐(20)、微量加药蠕动泵(21);
进水箱(1)通过进水蠕动泵(2)与生物除磷反应器(3)连接, pH测定仪探头(4)与pH自动加液控制机(5)连接,悬臂式搅拌器(6)与搅拌自动调速装置(7)连接,溶解氧及温度测定仪探头(8) 与多参数测定仪(9)连接,自动排泥蠕动泵(11)通过剩余污泥排除管道与生物除磷反应器连接,氮气扩散砂芯曝气头(12)通过空气管路与氮气瓶(13)连接,氧气扩散砂芯曝气头(14)通过空气管路与曝气泵(15)连接,总磷在线检测仪(16)通过模拟信号转化器(17) 与主控制器(18)连接,主控制器通过对应数量的变频器(19)与微量加药泵(21)连接,储药罐(20)通过加药管路与微量加药泵连接。
2.应用如权利要求1所述的装置进行化学强化生物除磷的方法,其特征在于,生物除磷反应器污泥浓度控制在3-5g/L,并按照进水- 厌氧搅拌-加药-好氧搅拌-排泥-沉淀-排水-闲置的顺序周期运行,每周期具体特征为:将进水箱中含磷酸盐浓度为5-30mg/L的污水输送到生物除磷反应器内进行1-2h的厌氧搅拌,并通过鼓吹氮气的方式实现严格的厌氧环境;在好氧阶段开始的前5min内,通过投加四氯化钛絮凝剂进行化学除磷,加药结束后生物除磷反应器继续进行2-3.5h 好氧搅拌,搅拌速度控制在50-150rpm,溶解氧控制在2-4mg/L;在好氧结束前按照污泥龄8-15d计算排除剩余污泥,之后沉淀时间0.5-1 h、排水时间5-10min,反应器排水比为40%-60%、闲置时间10-30min;在整个反应器运行周期内温度控制在20-30℃,pH控制在7-8之间;
在生物除磷反应器好氧初期所加药剂为质量分数20%的四氯化钛溶液作为絮凝剂,投加方式为滴加,控制滴加速度为1mL/min;四氯化钛投加量按照下列区间进行调整:
当出水TP≤1mg/L时,四氯化钛投加量为8mg/L;
当出水TP在1-2mg/L时,四氯化钛投加量为20mg/L;
当出水TP在2-3mg/L时,四氯化钛投加量为40mg/L;
当出水TP低于0.5mg/L并持续四个周期时,主控制器关闭加药泵停止絮凝剂的投加。
本发明的有益技术效果:
(1)本发明中除磷包括化学除磷及生物除磷两个过程,四氯化钛絮凝剂的微量投加能够提高聚磷菌活性,强化生物除磷过程,实现稳定高效除磷;
(2)本发明污水处理应用精准加药的方式,通过总磷在线检测仪按照对应的投放量投放四氯化钛絮凝剂,实现精确投加,节约药剂用量并降低运行成本;
本发明的创新点:
(1)本发明首次将四氯化钛絮凝剂应用于生物除磷系统,并实现了化学除磷与生物除磷协同强化,在化学药剂去除的同时提高功能菌群代谢活性,为高效除磷提供了一个崭新的工艺解决方案。
(2)本发明应用精准加药方式控制四氯化钛絮凝剂的投加,避免了化学药剂的过量投加,通过这一方式很好的实现了生物除磷为主,化学除磷为辅的技术手段,节约成本的同时也确保了生物除磷系统的高效运行。
附图说明
图1:化学强化生物除磷装置示意图
图1中的图例说明:(1)进水箱(2)进水蠕动泵(3)生物除磷反应器(4)pH测定仪探头(5)pH自动加液控制机(6)悬臂式搅拌器(7)搅拌自动调速装置(8)溶解氧及温度测定仪探头(9)多参数测定仪(10)加热装置(11)自动排泥蠕动泵(12)氮气扩散砂芯曝气头(13)氮气瓶(14)氧气扩散砂芯曝气头(15)曝气泵(16) 总磷在线检测仪(17)模拟信号转化器(18)主控制器(19)变频器 (20)储药罐(21)微量加药蠕动泵
图2:除磷生物反应器厌氧/好氧的时序控制图
图3:化学强化生物除磷系统与未加药系统运行过程中出水磷浓度对比
图4:未加药系统典型周期内各种物质变化情况
图5:化学强化生物除磷系统典型周期内各种物质变化情况
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确,以下将结合具体实施例,对本发明进一步详细说明。
实例:实验污泥接种于本实验室原生物除磷系统,污泥平均分配到两个平行的4L序批式生物反应器中(参考附图1),污泥浓度为 3.9g/L,能够实现完整的厌氧释磷、好氧吸磷的代谢模式,序批式生物反应器一天运行4个周期,一个周期运行6h,具体时序控制参考附图2。
进水阶段:含磷废水由蠕动泵定时流入反应器,准确控制进水体积,磷酸盐浓度为20mg/L。
厌氧阶段:为保证严格厌氧环境,氮气控制电磁阀保持开启状态,悬臂式搅拌器运行使得基质与活性污泥充分混合。聚磷菌在此阶段分解体内的多聚磷酸盐,合成ATP用于吸收进水中的碳源,同时糖原分解产生乙酰辅酶A,共同合成聚羟基烷酸,完成生物除磷中的厌氧释磷阶段。整个厌氧运行阶段反应时间为90min,pH控制在7-8之间,温度控制在23℃左右,均由pH自动控制加液机和加热装置实现。
加药阶段:根据在反应器出水口设置的TP在线检测仪所采集的信号开启加药泵,通过加药管路投放对应的四氯化钛絮凝剂药量至投加点,絮凝剂进入水中后快速水解,形成无定形氢氧化物,通过将带负电的胶体电荷中和以及发生物理网捕卷扫将杂质掺入絮体内,从而实现污水中磷的去除。四氯化钛投加量按照下列区间调整:当出水 TP≤1mg/L时,四氯化钛投加量为8mg/L;当出水TP在1-2mg/L 时,四氯化钛投加量为20mg/L;当出水TP在2-3mg/L时,四氯化钛投加量为40mg/L;当出水TP低于0.5mg/L并持续四个周期时,主控制器关闭加药泵停止四氯化钛的投加。所加药剂为质量分数20%的四氯化钛溶液,由质量分数为99%(市售产品)的四氯化钛溶液稀释得到。
好氧阶段:悬臂式搅拌器继续工作,搅拌速度控制在100rpm,氮气控制电磁阀关闭,鼓风机产生的压缩空气通过溶解氧控制电磁阀经氧气扩散砂芯曝气头注入到生物除磷反应器内,调控曝气装置保持溶解氧浓度为2.0mg/L,整个好氧运行阶段反应时间为180min,pH/ 溶解氧/温度监测器均处于工作状态,保证生物反应装置内的pH维持在7-8,温度在23℃左右。聚磷菌利用体内的PHA,分解成ATP,用于过量吸收基质中的磷酸盐,在微生物体内形成多聚磷酸盐,达到生物除磷的目的。在好氧结束前,自动排泥蠕动泵开启,排除泥水混合物,剩余污泥排除量由设定污泥龄确定,该实验污泥龄为15d。
沉淀/排水/闲置阶段:悬臂式搅拌器停止工作,沉淀时间为1h, pH/溶解氧/温度监测器停止工作,氮气控制电磁阀、溶解氧控制电磁阀处于关闭状态。电动排水阀定时开启排除上清液,5min后自动关闭。反应器出水口处总磷在线检测仪定时开启,将检测到的出水总磷信号传输至主控制器,收集信号进而实现后续加药量的确定。生物反应器进入20min闲置阶段,准备进入下一生化反应周期。
表1厌氧/好氧阶段水质及污泥检测方法
分析项目 分析方法/仪器
COD 连华科技
PO4 3--P 钼锑抗分光光度法
PHA 气相色谱法
通过水质检测,证实该发明可以实现高效稳定的磷去除,出水磷浓度≤0.5mg/L,去除效率达到95%以上。

Claims (1)

1.一种化学强化生物除磷的方法,其特征在于,该方法所用装置包括进水箱(1)、进水蠕动泵(2)、生物除磷反应器(3)、pH测定仪探头(4)、pH自动加液控制机(5)、悬臂式搅拌器(6)、搅拌自动调速装置(7)、溶解氧及温度测定仪探头(8)、多参数测定仪(9)、加热装置(10)、自动排泥蠕动泵(11)、氮气扩散砂芯曝气头(12)、氮气瓶(13)、氧气扩散砂芯曝气头(14)、曝气泵(15)、总磷在线检测仪(16)、模拟信号转化器(17)、主控制器(18)、变频器(19)、储药罐(20)、微量加药蠕动泵(21);
进水箱(1)通过进水蠕动泵(2)与生物除磷反应器(3)连接,pH测定仪探头(4)与pH自动加液控制机(5)连接,悬臂式搅拌器(6)与搅拌自动调速装置(7)连接,溶解氧及温度测定仪探头(8)与多参数测定仪(9)连接,自动排泥蠕动泵(11)通过剩余污泥排除管道与生物除磷反应器连接,氮气扩散砂芯曝气头(12)通过空气管路与氮气瓶(13)连接,氧气扩散砂芯曝气头(14)通过空气管路与曝气泵(15)连接,总磷在线检测仪(16)通过模拟信号转化器(17)与主控制器(18)连接,主控制器通过对应数量的变频器(19)与微量加药泵(21)连接,储药罐(20)通过加药管路与微量加药泵连接;
生物除磷反应器污泥浓度控制在3-5 g/L,并按照进水-厌氧搅拌-加药-好氧搅拌-排泥-沉淀-排水-闲置的顺序周期运行,每周期具体特征为:将进水箱中含磷酸盐浓度为5-30mg/L的污水输送到生物除磷反应器内进行1-2 h的厌氧搅拌,并通过鼓吹氮气的方式实现严格的厌氧环境;在好氧阶段开始的前5 min内,通过投加四氯化钛絮凝剂进行化学除磷,加药结束后生物除磷反应器继续进行2-3.5 h好氧搅拌,搅拌速度控制在50-150 rpm,溶解氧控制在2-4 mg/L;在好氧结束前按照污泥龄8-15 d计算排除剩余污泥,之后沉淀时间0.5-1 h、排水时间5-10 min,反应器排水比为40%-60%、闲置时间10-30 min;在整个反应器运行周期内温度控制在20-30℃,pH控制在7-8之间;
在生物除磷反应器好氧初期所加药剂为质量分数20%的四氯化钛溶液作为絮凝剂,投加方式为滴加,控制滴加速度为1 mL/min;四氯化钛投加量按照下列区间进行调整:
当出水TP ≤1 mg/L时,四氯化钛投加量为8 mg/L;
当出水TP在1-2 mg/L时,四氯化钛投加量为20 mg/L;
当出水TP在2-3 mg/L时,四氯化钛投加量为40 mg/L;
当出水TP低于0.5 mg/L并持续四个周期时,主控制器关闭加药泵停止絮凝剂的投加;
四氯化钛在化学除磷的同时可以提高聚磷菌代谢活性,可以强化生物除磷的过程。
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