CN114074998B - 一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法与系统，该方法首先采用CO2浓度低于0.1%的气体对污水进行第一次曝气吹脱，提升污水pH，回收氨的同时使钙镁离子生成沉淀物，其次采用填料捕集的方式回收钙镁，最后采用CO2浓度高于8%的气体对污水进行第二次曝气吹脱，降低污水pH，破坏污水中残余钙镁离子在管道中形成结垢的条件；该方法通过含有第一吹脱区、沉淀区、第二吹脱区、氨吸收池以及吹脱区中的微孔曝气装置的系统实现。本发明能够有效降低废水中的钙镁离子浓度及其析出风险，防止后续管道结垢，并能同时对氨和钙镁进行资源回收，降低污水处理成本。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法与系统。
背景技术
在工程实践中存在厌氧消化处理后经气浮固液分离后的厌氧出水容易在输水管道中结垢的问题，使输水管道有效内径不断减小，造成管道堵塞、管道破裂等问题，严重影响污水处理系统的正常运行。目前，应对管道结垢问题的方法主要有四种：一是定期更换已结垢的输水管道；二是对输水管道中的结垢物进行清理；三是设计特殊结构的厌氧出水管路，通过水力条件控制减缓结垢；四是在厌氧出水进入输水管道前对其理化性质进行调节，破坏厌氧出水在输水管道中结垢的条件，从前端入手防止输水管道结垢。第一种方法需要在停产的条件下进行，影响污水处理系统的正常运行，且更换管道的频率较高，极大增加污水处理成本；第二种方法同样需要在停产的条件下使用物理或者化学方法清理输水管道中的结垢物，不仅会造成停产损失，同时清理结垢物需消耗大量的人力物力和财力，增加了处理成本；第三种方法对于管道设计要求高，设备投资成本高，大多数处理厂难以担负；从前端解决管道结垢问题的第四种方法，无需对输水管道进行更换或者进行除垢操作，能够保证污水处理的连续正常运行。
对于第四种方法，现有的技术包括中国专利CN107902844A在2014年4月23日公开的一种预防厌氧出水鸟粪石结垢的技术方案，该技术方案通过向污水中添加化学试剂和微生物来控制污水理化的条件，进而防止厌氧出水在在输水管道中结垢。具体地，该方法首先向厌氧出水通氧气控制溶解氧为1.0-1.5 mg/L，接着加入乙酸调节厌氧出水pH为6.0-6.8，再向厌氧出水中添加含钙可溶盐控制钙离子浓度为75-78 mg/L，此后调节水温为28-30℃，最后添加2-4 g/L聚磷菌和活性炭吸附剂。该技术方案步骤繁多，过程复杂，且需向厌氧出水中投加氧气、乙酸、含钙可溶盐、聚磷菌、活性炭等大量药剂，设备投资、运行成本高，经济性差。此外，中国专利CN110642383A在2020年1月3日公开了一种防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统及方法，该文件公开的系统包括厌氧反应系统、厌氧出水系统、通气系统、闭式进水系统、缓冲区和好氧反应区。该文件公开的方法通过设置闭式进水井、向厌氧出水中补充二氧化碳、在厌氧出水管道外包覆保温层和电伴热带，调节控制闭式进水井内部水温，保证厌氧反应器出水管道环境条件与厌氧反应器内部相同、确保厌氧反应器出水管道污水pH稳定，使管道内部不具备鸟粪石结垢条件。然而，通过该系统实现的方法，没有去除厌氧出水中的致垢物质，无法保证在后续的好氧处理过程中相应的其它处理设备不结垢；此外，该方法无法对废水中的资源如氨和钙镁等进行回收，不利于资源的循环利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法与系统，以解决前述提及的现有技术存在的问题。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法，包括以下步骤：
步骤100：污水进入第一吹脱区，使CO2浓度低于0.1%的气体从第一吹脱区底部进入对污水进行吹脱，生成钙镁沉淀物；产生的吹脱气进入含硫酸的氨吸收池，回收硫酸铵液态铵肥；
步骤200：使所述吹脱后的污水进入沉淀区，所述沉淀区中设有填料，通过填料捕捉污水中的钙镁沉淀物回收钙和镁；
步骤300：使经步骤200处理后的污水进入第二吹脱区，CO2浓度高于8%的气体从第二吹脱区底部进入对污水进行吹脱，吹脱后的污水通过管道进入后续处理单元。
利用CO2浓度低于0.1%的气体对污水进行曝气，可有效脱除污水中的CO2和氨，提升污水pH和碳酸根离子浓度，使钙镁离子生成沉淀、氨得以回收利用。
利用CO2浓度高于8%的气体，如沼气、燃煤发电厂烟气等对沉淀后的污水进行再次曝气吹脱，可使CO2溶于污水中降低污水pH、提升污水中碳酸氢根离子的浓度，使污水在不投加酸的条件下回调pH以进一步防止后续输送管道中结垢的形成。
在一个实施方式中，所述的第一吹脱区中液体流动呈先进先出的推流形式，水流方向与气流方向不一致。通过控制第一吹脱区中水流的流态及与气流的方向，可以在提高气体脱除效果的同时节约能源。
在一个实施方式中，步骤100和步骤300中的气体吹脱方式为微气泡曝气。采用微孔曝气可以产生大量微气泡，有利于增加气—液接触面积，加速CO2和氨的气液传质过程，进而提高氨吹脱效率。
在一个实施方式中，步骤200所述的填料可重复利用；所述填料捕捉的钙镁沉淀物可以通过晾干-碾压或机械震动、拍打的方式回收。
在一个实施方式中，所述通过步骤100处理后的污水pH值范围为9.0-10.5，通过步骤300处理后的污水pH值范围为6-8。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种防管道结垢协同资源回收的预处理系统，其包括：
第一吹脱区，沉淀区，第二吹脱区，NH3吸收池；
所述第一吹脱区包含污水进口、第一吹脱气出气口以及曝气头；所述第一吹脱区与所述沉淀区通过溢流堰相连；所述的第一吹脱气出气口设在污水进口上部一侧，通过气体输送管道与氨吸收池相连；所述的曝气头与外部的气体风机相连；
所述沉淀区包含填料、排泥口；所述沉淀区通过溢流堰与第一吹脱区、第二吹脱区相连；
所述第二吹脱区包含吹脱液出口、第二吹脱气出气口和曝气头；所述的曝气头与外部的气体风机相连；
所述氨吸收池包含吹脱气进气口、吸收气出气口、硫酸进液口、硫酸铵出口；所述吹脱气进气口通过气体输送管道与第一吹脱气出气口相连。
在一个实施方式中，所述的填料为可取出的组合纤维填料，可重复利用；使用可取出的组合纤维填料对沉淀池中的钙镁沉淀物进行捕捉、促沉淀，缩短了沉淀时间，节省了沉淀池的占地面积，捕捉的钙镁沉淀可提取后回收利用，所使用的填料可重复利用，节约了运行成本。
在一个实施方式中，所述第一吹脱区、第三吹脱区底部安装的曝气头为微孔曝气头，所述微孔曝气头的供气管路上安装有气体风机。
在一个实施方式中，所述第一吹脱区和第三吹脱区的液面高度至微孔曝气头顶端的高度为5-50 cm。
在一个实施方式中，所述的第一吹脱区中设有挡流板。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）流程简单，无需向污水中投加化学试剂和生物试剂，设备投资少、运行成本低，经济性好。
（2）通过回收污水中的氨和致垢物质即钙和镁，不仅可以降低污水中钙镁离子和铵的浓度、实现钙镁和氨资源的回收利用，同时也可以保证在后续的管道输送以及好氧处理过程中不再结垢。
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。
图1为本发明实施例中防管道结垢协同资源回收的预处理系统的示意图。
图2为图1所示的预处理系统中第一吹脱区俯视及污水流动方向示意图。
附图标记：
1-第一吹脱区；2-沉淀区；3-第二吹脱区；4-氨吸收池5-气体风机；6-溢流堰；7-曝气头；101-污水进口；102-第一吹脱气出气口；103-挡流板；201-填料；202-排泥口；301-吹脱液出口；302-第二吹脱气出气口；401-吹脱气进气口；402-吸收气出气口；403- 硫酸进液口； 404-硫酸铵出口 。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，根据本发明的其中一个方面，本发明提供一种防管道结垢协同资源回收的预处理系统，其包括第一吹脱区1、沉淀区2、第二吹脱区3、氨吸收池4。第一吹脱区1用于对进入其中的污水采用CO2浓度低于0.1%的气体进行第一次曝气吹脱，进行CO2和氨的脱除以及pH的提升。沉淀区2通过池体内可取出并可重复使用的组合纤维填料捕获污水中生成的沉淀并进行回收利用。第二吹脱区3用于对进入其中的上清液采用CO2浓度高于8%的气体进行第二次曝气吹脱充CO2，进行pH回调，破坏污水中残余钙镁离子在管道中形成结垢的条件。吸收池4通过硫酸对氨进行吸收获得硫酸铵液态铵肥。
下面分别对其进行说明。
如图1所示，第一吹脱区1的一侧上部设置有污水进口101，第一吹脱区1内部设置有不少于一个的挡流板103，挡流板103从第一吹脱区1内部其中一侧向另一侧延伸，用于控制污水在第一吹脱区1中的流态为先进先出的推流式，具体流动方向如图2中的箭头方向所示；第一吹脱区1的另一侧一端设置有第一吹脱区1的溢流堰6-1，池体底部设置有微孔曝气头7-1，微孔曝气头顶端至液面高度为5-50 cm。第一吹脱区1通过溢流堰6-1与沉淀区2相接。
沉淀区2的池体内设置有可取出且可重复利用的组合纤维材料201，池体底部设置有排泥口202。沉淀区2中的填料201为可取出的组合纤维材料，来自第一吹脱区1的吹脱液由溢流堰6-1溢流至沉淀区2进行钙镁沉淀物的去除，附着在填料上的沉淀可通过晾干-碾压或机械震动、拍打的方式进行回收利用。沉淀区2通过溢流堰6-2与第二吹脱区3相接。
第二吹脱区3顶部设置有第二吹脱气出气口302，一侧设置有吹脱液出口301。第二吹脱区3底部设置有微孔曝气头7-2，微孔曝气头顶端至液面高度为5-50 cm。来自沉淀区2沉淀后的上清液经溢流墙6-2溢流至第二吹脱区3中，通过气体风机5-2向第二吹脱区3中提供CO2浓度高于8%的气体并通过微孔曝气头7-2进行曝气充CO2，进行pH回调；吹脱后的气体通过第二吹脱气出气口302排放；吹脱后的污水由吹脱液出口301通过液体输送管道输送至下一处理单元进行后续处理。
如图1所示，氨吸收池4分别设置了吹脱气进气口401、吸收气出气口402、硫酸进液口403、硫酸铵出口404。其中，氨吸收池4的吹脱气进气口401与第一吹脱区1的第一吹脱气出气口102通过气体输送管道相连，以接收来自第一吹脱区1脱氨后产生的吹脱气；经硫酸吸收后的气体由吸收气出气口402输送至后续处理单元，达标后排放。用于吸收氨的硫酸通过硫酸进液口403加入氨吸收池4中，吸收氨后获得的硫酸铵液态氮肥则从氨吸收池4的硫酸铵出口404中排出，由此实现污水中氨的回收利用。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其采用上述的防管道结垢协同资源回收的预处理系统实现，具体包括以下步骤。
步骤100：污水从污水进口101进入第一吹脱区1，借助在第一吹脱区1中设置的挡流板103使污水呈先进先出的推流式。 CO2浓度低于0.1%的气体通过气体风机5-1输送至第一吹脱区底部设置的曝气头7-1对污水进行曝气；利用CO2浓度低于0.1%的气体对污水进行曝气，可有效脱除污水中的CO2和氨，提升污水pH和碳酸根离子浓度，使钙镁离子生成钙镁沉淀物；一般地，经过第一吹脱区1处理后的吹脱液pH值可达9.0-10.5。产生的吹脱气通过第一吹脱区1的第一吹脱气出气口102经气体输送管道和设置在氨吸收池4的吹脱气进气口104进入氨吸收池4。经硫酸吸收后的气体由吸收气出气口402输送至后续处理单元，达标后排放。用于吸收氨的硫酸通过硫酸进液口403加入氨吸收池4中，吸收氨后获得的硫酸铵液态氮肥则从氨吸收池4的硫酸铵出口404中排出，回收硫酸铵液态氮肥，由此实现污水中氨的回收再利用。
步骤200：使第一吹脱区1吹脱后的污水通过溢流堰6-1进入沉淀区2，沉淀区2中设有填料201，用于捕捉污水中的钙镁沉淀物，被填料捕捉的钙镁沉淀物可通过晾干-碾压或机械震动、拍打的方式进行回收利用。
步骤300：使沉淀区2处理后的污水经溢流堰6-2溢流至第二吹脱区3，CO2浓度高于8%的气体通过气体风机5-2输送至设置在第二吹脱区底部的曝气头7-2对污水进行曝气吹脱，吹脱后的气体通过第二吹脱气出气口302排放，吹脱后的污水通过吹脱液出口301经输水管道进入后续处理单元。利用CO2浓度高于8%的气体，如沼气、燃煤发电厂烟气等对沉淀后的污水进行再次曝气吹脱，可使CO2溶于污水并与水反应生成碳酸氢根，降低污水pH，一般地，经过第二吹脱区2处理后的吹脱液，其pH值小于8。使未沉淀完全的钙镁离子结合碳酸氢根离子以溶解态形式存在，以进一步防止后续输水管道中结垢的形成。在不添加药剂的情况下回调pH，可以大幅降低污水的处理成本。
综上所述，本发明将防管道结垢协同资源回收的过程分为三个阶段，即在第一吹脱区1中进行的以CO2浓度低于0.1%的气体吹脱CO2、氨氮为主的pH提升阶段；在沉淀区2中进行的以去除形成的钙镁沉淀物为主的第二阶段以及在第二吹脱区3中进行的以CO2浓度高于8%的气体吹脱为主的pH回调阶段。在第一吹脱区1中将待处理污水中的CO2、氨氮进行脱除，可使钙镁离子形成沉淀物并在沉淀区2通过填料捕获进行回收利用，同时可通过硫酸对氨的吸收获得硫酸铵液态氮肥。在第二吹脱区3中采用CO2浓度高于8%的气体进行吹脱可以使CO2溶于污水，对pH进行回调，提高污水中碳酸氢根离子的浓度，使污水中剩余的钙镁离子以溶解态形式存在，从而可以防止后续输送管道中结垢的形成。
实施例1
下面以处理50m3厨余垃圾厌氧出水为例，具体说明本发明的实施过程。
采用的厨余垃圾厌氧出水的水质：pH为8，氨氮浓度为2585 mg/L，钙、镁离子浓度分别为34 mg/L、348 mg/L。厨余垃圾厌氧出水以35 L/min的流速通过污水进口101进入第一吹脱区1，进入的污水借助池体内设置的挡流板103，呈先进先出的推流式前行；空气通过气体风机5-1输送至第一吹脱区1底部安装的微孔曝气头7-1对第一吹脱区1中流动的污水进行曝气，气液比控制在1600。通过微气泡曝气，污水中的CO2、氨和铵离子被转移至气相中；含有CO2、氨的吹脱气由第一吹脱气出气口102通过气体输送管道输送至氨吸收池4进行氨的回收，50 m3餐厨垃圾厌氧出水共计回收约浓度为400 g/L的硫酸铵液态氮肥2.3 t。吸收后的气体由吸收气出气口402通过气体输送管道输送至后续处理单元，达标后排放。在第一吹脱区1中污水中氨氮浓度顺着水流方向逐渐下降，至溢流堰6-1处氨氮浓度为387.6mg/L，氨氮去除率达86.5%。此外，由于CO2的脱除，污水pH提高至9.8，污水中生成了钙镁沉淀物。吹脱后且含钙镁沉淀物的污水通过溢流堰6-1溢流至沉淀区2，污水中的钙镁沉淀物由沉淀区内设置的填料201进行捕获并通过晾干、碾压的方式进行回收，50 m3厨余垃圾厌氧出水共回收约0.12 t钙镁沉淀物。沉淀后的上清液（钙、镁离子浓度分别为12.8 mg/L、108 mg/L）通过溢流堰6-2溢流至第二吹脱区3中；沼气通过气体风机5-2输送至第二吹脱区3底部安装的微孔曝气头7-2对第二吹脱区3中的污水进行曝气充CO2回调pH，气液比为200；吹脱液出口301出污水的pH为6.8，钙、镁离子浓度分别为12.5 mg/L、101 mg/L；此后，污水进入输水管道进入后续的深度处理工艺，由于出水pH值较低且钙镁离子以溶解态形式存在，可以防止输水管道中结垢。
Claims (8)
1.一种防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤100：污水进入第一吹脱区(1)，使CO2浓度低于0.1％的气体从第一吹脱区(1)底部进入对污水进行吹脱，脱除污水中的CO2和氨，提升污水pH和碳酸根离子浓度，生成钙镁沉淀物，处理后的污水pH值范围为9.0-10.5；产生的吹脱气进入含硫酸的氨吸收池(4)，回收硫酸铵液态铵肥；
步骤200：使所述吹脱后的污水进入沉淀区(2)，所述沉淀区(2)中设有填料(201)，通过填料捕捉污水中的钙镁沉淀物回收钙和镁；
步骤300：使经步骤200处理后的污水进入第二吹脱区(3)，并使CO2浓度高于8％的气体从第二吹脱区(3)底部进入对污水进行曝气，使CO2溶于污水中降低污水pH、提升污水中碳酸氢根离子的浓度，处理后的污水pH值范围为6-8，通过管道进入后续处理单元；
步骤100和步骤300中的气体吹脱方式为微气泡曝气。
2.根据权利要求1所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，所述的第一吹脱区(1)中液体流动呈先进先出的推流形式，水流方向与气流方向不一致。
3.根据权利要求1所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，步骤200所述的填料可重复利用；
所述填料捕捉的钙镁沉淀物通过晾干-碾压或机械震动、拍打的方式回收。
4.据权利要求1所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，所述方法所采用的预处理系统包括：
第一吹脱区(1)，沉淀区(2)，第二吹脱区(3)，氨吸收池(4)；
所述第一吹脱区(1)包含污水进口(101)、第一吹脱气出气口(102)以及曝气头(7-1)；所述第一吹脱区(1)与所述沉淀区(2)通过溢流堰(6-1)相连；所述的第一吹脱气出气口(102)设在污水进口(101)上部一侧，通过气体输送管道与氨吸收池(4)相连；所述的曝气头(7-1)与外部的气体风机(5-1)相连；
所述沉淀区(2)包含填料(201)、排泥口(202)；所述沉淀区(2)通过溢流堰(6-1)与第一吹脱区(1)相连，通过溢流堰(6-2)与第二吹脱区(3)相连；
所述第二吹脱区(3)包含吹脱液出口(301)、第二吹脱气出气口(302)和曝气头(7-2)；所述的曝气头(7-2)与外部的气体风机(5-2)相连；
所述氨吸收池(4)包含吹脱气进气口(401)、吸收气出气口(402)、硫酸进液口(403)、硫酸铵出口(404)；所述吹脱气进气口(401)通过气体输送管道与第一吹脱气出气口(102)相连。
5.根据权利要求1所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，所述的填料(201)为可取出的组合纤维填料，可重复利用。
6.根据权利要求4所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，所述第一吹脱区(1)、第二吹脱区(3)底部安装的曝气头为微孔曝气头。
7.根据权利要求6所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，所述第一吹脱区(1)和第二吹脱区(3)的液面高度至微孔曝气头顶端的高度为5-50cm。
8.根据权利要求1所述的防管道结垢协同资源回收的预处理方法，其特征在于，所述的第一吹脱区(1)中设有挡流板(103)。
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