CN114835346B - 污水中碳磷回收设备及回收工艺 - Google Patents

Abstract

本申请污水处理技术领域，具体而言，涉及一种污水中碳磷回收设备及回收工艺。该回收设备包括碳磷分离池，以及依次设置且连通的碳磷浓缩区、短程硝化区、厌氧氨氧化区、第一好氧区、缺氧区、第二好氧区和二沉池。碳磷浓缩区内设置有膜组件，膜组件被配置成分离碳磷浓缩区内污水中的氮和碳磷。碳磷分离池被配置成接收碳磷浓缩区分离出来的碳磷，并将碳磷分离成碳和磷。短程硝化区被配置成接收碳磷浓缩区分离出来的氮并进行亚硝化处理。该回收设备可以分别实现碳和磷的分离，以便使磷可以单独进行回收，后续可以广泛进行利用；同时，还可以对碳进行回收，回收效果更好。

Description

污水中碳磷回收设备及回收工艺

技术领域

本申请涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种污水中碳磷回收设备及回收工艺。

背景技术

目前，污水中的磷回收的同时，其中会含有大量的氮，导致回收物的后续利用会受到限制。

发明内容

本申请提供一种污水中碳磷回收设备及回收工艺，改善磷回收中含有大量氮的问题，可以使磷回收物的后续利用更加广泛。

第一方面，本申请提供一种污水中碳磷回收设备，包括碳磷分离池，以及依次设置且连通的碳磷浓缩区、短程硝化区、厌氧氨氧化区、第一好氧区、缺氧区、第二好氧区和二沉池；

碳磷浓缩区内设置有膜组件，膜组件被配置成分离碳磷浓缩区内污水中的氮和碳磷；

碳磷分离池被配置成接收碳磷浓缩区分离出来的碳磷，并将碳磷分离成碳和磷；

短程硝化区被配置成接收碳磷浓缩区分离出来的氮并进行亚硝化处理。

在本申请的一种实施例中，膜组件为孔径为0.1～1μm的微滤膜。

在本申请的一种实施例中，碳磷分离池与缺氧区通过第一回流管连通，第一回流管上设置有第一回流泵；

第一回流泵被配置成将碳磷分离池中的上层液体回流至缺氧区内。

在本申请的一种实施例中，二沉池与短程硝化区通过第二回流管连通，第二回流管上设置有第二回流泵；

第二回流泵被配置成将二沉池中的污泥混合液回流至短程硝化区。

在本申请的一种实施例中，回收设备满足以下条件的至少一者：

a)碳磷浓缩区上还设置有进水管、投加管以及射流循环器，射流循环器设置于碳磷浓缩区的下方；

b)厌氧氨氧化区内置附有厌氧氨氧化菌的固定床填料；

c)固定床填料的填充容积率为10％～30％；

d)回收设备还包括鼓风机，鼓风机被配置成通过气路和空气扩散器分别向短程硝化区、第一好氧区和第二好氧区内曝气；

e)短程硝化区内的空气扩散器为射流曝气器；

f)第一好氧区内和第二好氧区内的空气扩散器为盘式曝气器。

第二方面，本申请提供一种污水中碳磷回收工艺，适用于第一方面任一项提供的回收设备，回收工艺包括：

将污水通入碳磷浓缩区进行浓缩并经过膜组件的分离，使含有碳磷的污水被膜组件阻挡，并通过管路进入到碳磷分离池内，含有氮的污水经过膜组件并进入到短程硝化区；

含有氮的污水依次通过短程硝化区、厌氧氨氧化区、第一好氧区、缺氧区、第二好氧区和二沉池进行处理；

含有碳磷的污水进入到碳磷分离池内进行重力沉淀，分离含磷污泥和含碳污泥。

在本申请的一种实施例中，回收工艺满足以下条件的至少一者：

a)碳磷浓缩区的pH为6～9，ORP小于-150mV，HRT为0.5～2h，SRT为3～10d，并投加铁盐/零价铁混合物；

b)短程硝化区曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比1:2～2:1，HRT为1.5～3h；

c)厌氧氨氧化区的HRT为2～5h；

d)第一好氧区:缺氧区:第二好氧区的HRT比例为1:1:1～4:4:1，总HRT为1.5～4.5h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区DO为0.2～0.7mg/L；

e)碳磷分离池的HRT为3～6h；

f)碳磷浓缩区的液位比其他区域高1.5～2.5m。

在本申请的一种实施例中，碳磷浓缩区内投加铁盐/零价铁混合物包括铁粉，以及硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种。

在本申请的一种实施例中，回收工艺还包括：二沉池中的污泥混合液回流至短程硝化区；

碳磷分离池中的上层液体回流至缺氧区。

在本申请的一种实施例中，二沉池内底部污泥混合液的回流比为70％～150％。

本申请的有益效果是：

(1)在碳磷浓缩区内设置膜组件，可以将碳磷和氮分离，以便后续回收的磷中不会含有大量的氮，将碳磷在碳磷分离池中进行分离以后，可以分别实现碳和磷的分离，以便使磷可以单独进行回收，后续可以广泛进行利用；同时，还可以对碳进行回收，回收效果更好。

(2)膜组件渗透侧的含氮污水，通过短程硝化-厌氧氨氧化技术，以及多级AO处理，可实现低能耗、短时间内的高效脱氮。

此外，使用微滤膜既可以将碳磷与氮分离，分离较为容易；碳磷分离池中的上层液体回流至缺氧区，可以回收上层液体中的碳，以便进行深度反硝化脱氮；二沉池中的污泥回收至短程硝化区，以便回收污泥中的微生物，再次进行高效脱氮。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的污水中碳磷回收设备的结构示意图。

图标：1-碳磷浓缩区；2-短程硝化区；3-厌氧氨氧化区；4-第一好氧区；5-缺氧区；6-第二好氧区；7-二沉池；8-碳磷分离池；11-进水管；12-投加管；13-膜组件；14-射流循环器；31-固定床填料；71-第二回流泵；81-外排泵；82-第一回流泵；9-鼓风机；91-空气扩散器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1为本申请提供的污水中碳磷回收设备的结构示意图。请参阅图1，该回收设备包括碳磷分离池8，以及依次设置且连通的碳磷浓缩区1、短程硝化区2、厌氧氨氧化区3、第一好氧区4、缺氧区5、第二好氧区6和二沉池7。

其中，碳磷浓缩区1内设置有膜组件13，碳磷浓缩区1上设置有进水管11、投加管12以及射流循环器14，投加管12用于投加铁盐/零价铁混合物，射流循环器14设置于碳磷浓缩区1的下方。

通过进水管11将含有碳磷的污水通入碳磷浓缩区1内，投加管12将铁盐/零价铁混合物投入碳磷浓缩区1内，污水进入到碳磷浓缩区1以后，通过射流循环器14使含有碳磷的污水与铁盐/零价铁混合物进行混合，从而实现碳磷浓缩。

浓缩以后，一部分含有碳磷和铁的浓缩液位于碳磷浓缩区1的下方；另一部分污水渗透膜组件13，进入到膜组件13的另一侧，这部分污水中含有较多的氮。

可选地，膜组件13为孔径为0.1～1μm的微滤膜。由于铁盐/零价铁混合物与污水混合以后，可以通过膜组件13将碳磷与氮分离，以便碳磷的回收，以及氮的处理。

进一步地，微滤膜可以是有机膜或无机陶瓷膜，其孔径尺寸为0.1～1μm即可，本申请不做限定。

进一步地，碳磷浓缩区1的pH为6～9，ORP小于-150mV，HRT为0.5～2h，SRT为3～10d。以便进行碳磷浓缩以及分离。

可选地，铁盐/零价铁混合物包括铁粉，以及硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种。也就是说，铁盐包括硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种；零价铁为铁盐。

请继续参阅图1，图中的中空大箭头为含氮的污水的流动方向，经过膜组件13分离出来的含氮的污水通过管路进入到短程硝化区2，并对含有氮的污水进行亚硝化处理。可选地，在亚硝化处理的时候，通过鼓风机9和气管配合，将气体通入短程硝化区2内的空气扩散器91中，以便通过空气扩散器91对短程硝化区2进行曝气。

可选地，短程硝化区2内的空气扩散器91为射流曝气器，短程硝化区2曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比1:2～2:1，HRT为1.5～3h，以便亚硝化处理的效果较好。

经过短程硝化区2以后，污水依次进入到厌氧氨氧化区3、第一好氧区4、缺氧区5、第二好氧区6和二沉池7，以便对污水进行多级AO处理，可实现低能耗、短时间内的高效脱氮；经过二沉池7处理以后，通过管路溢流出水。

可选地，厌氧氨氧化区3内置附有厌氧氨氧化菌的固定床填料31；进一步地，固定床填料31的填充容积率为10％～30％。厌氧氨氧化区3的HRT为2～5h。

可选地，在多级AO处理的时候，通过鼓风机9和气管配合，将气体分别通入第一好氧区4和第二好氧区6内的空气扩散器91中，以便通过空气扩散器91对第一好氧区4和第二好氧区6进行曝气，从而提高脱氮效果。

进一步地，第一好氧区4内和第二好氧区6内的空气扩散器91为盘式曝气器。第一好氧区4:缺氧区5:第二好氧区6的HRT比例为1:1:1～4:4:1，总HRT为1.5～4.5h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区5DO为0.2～0.7mg/L。

本申请中，碳磷浓缩区1的液位比其他区域高1.5～2.5m。以便可以使含氮的污水顺利进行多级AO处理。此处的其他区域是指：短程硝化区2、厌氧氨氧化区3、第一好氧区4、缺氧区5、第二好氧区6和二沉池7。

在本申请中，二沉池7与短程硝化区2通过第二回流管连通，第二回流管上设置有第二回流泵71；通过第二回流泵71，将二沉池7中的污泥混合液回流至短程硝化区2。可选地，二沉池7内底部污泥混合液的回流比为70％～150％。二沉池7中的污泥混合液的回流，可以回收污泥中的微生物，再次进行高效脱氮。

请继续参阅图1，图中实心的小箭头为碳磷浓缩区1下方的浓缩液的流动方向，碳磷浓缩区1下方的浓缩液(碳磷和铁)进入到碳磷分离池8内，在重力的作用下继续沉淀，上层液体含有少量的碳，下层污泥进入到碳磷分离池8的下端，下层污泥会再次进行分离，最下端的高密度污泥中含有较多的铁磷(富磷的蓝铁矿)，上层的低密度污泥中含有较多的铁碳，污泥通过外排泵81排出，其中，第一外排口排出高密度污泥，高密度污泥中含有较多的磷，其可以作为蓝铁矿进行使用，其中基本不含有碳和氮，其使用范围比较广；第二外排口排出低密度污泥，低密度污泥中含有较多的碳，可以对碳进行回收。

可选地，碳磷分离池8的HRT为3～6h，碳磷分离池8与缺氧区5通过第一回流管连通，第一回流管上设置有第一回流泵82。第一回流泵82可以将碳磷分离池8中的上层液体回流至缺氧区5，可以回收上层液体中的碳，以便进行深度反硝化脱氮。

本申请实施例提供的污水中碳磷回收工艺包括：

通过进水管11将含有碳磷的污水通入碳磷浓缩区1内，投加管12将铁盐/零价铁混合物投入碳磷浓缩区1内，污水进入到碳磷浓缩区1以后，通过射流循环器14使含有碳磷的污水与铁盐/零价铁混合物进行混合。其中，碳磷浓缩区1的pH为6～9，ORP小于-150mV，HRT为0.5～2h，SRT为3～10d。铁盐/零价铁混合物包括铁粉，以及硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种。

浓缩以后，一部分含有碳磷和铁的浓缩液位于碳磷浓缩区1的下方；另一部分污水渗透膜组件13，进入到膜组件13的另一侧，这部分污水中含有较多的氮。

污水在碳磷浓缩区1进行碳磷和氮的分离以后，后续经过两条线进行分别处理；

第一条：经过膜组件13分离出来的含有氮的污水依次进入到短程硝化区2、厌氧氨氧化区3、第一好氧区4、缺氧区5、第二好氧区6和二沉池7。同时，通过鼓风机9和气管配合，将气体分别通入短程硝化区2的射流曝气器，以及第一好氧区4和第二好氧区6内的盘式曝气器中，对短程硝化区2、第一好氧区4和第二好氧区6进行曝气。其中，短程硝化区2曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比1:2～2:1，HRT为1.5～3h。厌氧氨氧化区3内置附有厌氧氨氧化菌的固定床填料31；进一步地，固定床填料31的填充容积率为10％～30％。厌氧氨氧化区3的HRT为2～5h。第一好氧区4:缺氧区5:第二好氧区6的HRT比例为1:1:1～4:4:1，总HRT为1.5～4.5h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区5DO为0.2～0.7mg/L。同时，通过第二回流泵71将二沉池7中的污泥混合液回流至短程硝化区2。二沉池7内底部污泥混合液的回流比为70％～150％。

第二条：碳磷浓缩区1下方的浓缩液(碳磷和铁)进入到碳磷分离池8内，碳磷分离池8的HRT为3～6h，在重力的作用下，含有碳磷的污水进行沉淀，上层液体通过第一回流泵82回流至缺氧区5；下层污泥进入到碳磷分离池8的下端，再次进行分离，最下端的高密度污泥(富磷的蓝铁矿)经过外排泵81，通过第一外排口排出；上层的高密度污泥经过外排泵81，通过第二外排口排出。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

污水经进水管进入碳磷浓缩区，处理设备内的污水流体顺序为碳磷浓缩区→短程硝化区→厌氧氨氧化区→第一好氧区→缺氧区→第二好氧区→二沉池，其中，二沉池污泥的浓缩污泥通过污泥第一回流泵和第一回流管回流至短程硝化区，上部通过溢流堰出水；处理设备内的污泥流体顺序为碳磷浓缩区→碳磷分离池→缺氧区，其中，碳磷分离池中高密度污泥(蓝铁矿、富磷)、低密度污泥(富碳)通过外排泵排出。碳磷浓缩区pH为7～9，ORP小于-270mV，HRT为1h，SRT为5d，并投加硫酸亚铁和铁粉，投加浓度分别为30mg/L、10mg/L。厌氧氨氧化区的HRT为3h。曝气风机按设定步调分别给短程硝化区、第一好氧区以及第二好氧区供气，短程硝化区曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比1:1，HRT为2h。第一好氧区:缺氧区:第二好氧区的HRT比例为2:2:1，总HRT为2.5h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区DO为0.2～0.7mg/L。二沉池底部污泥混合液回流比为100％。碳磷分离池HRT为4h。

试验结果如表1所示。

表1试验进、出水水质数据

从表1中可以看出，污水中磷以蓝铁矿的形式回收，回收效果较好。

实施例二

本实施案例与实施一不同之处在于，碳、磷浓缩区pH为7～9，ORP小于-150mV，HRT为1h，SRT为10d，并投加硫酸亚铁和铁粉，投加浓度分别为15mg/L、5mg/L。厌氧氨氧化区的HRT为3h。曝气风机按设定步调分别给短程硝化区、第一好氧区以及第二好氧区供气，短程硝化区曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比1:2，HRT为2h。第一好氧区:缺氧区:第二好氧区的HRT比例为1:2:1，总HRT为2h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区DO为0.2～0.7mg/L。二沉池底部污泥混合液回流比为150％。碳、磷分离区HRT为4h。

试验结果如表2所示。

表2试验进、出水水质数据

从表2中可以看出，污水中磷以蓝铁矿的形式回收，回收效果较好。

实施例三

本实施案例与实施一不同之处在于，投加氯化铁和铁粉，投加浓度分别为40mg/L、8mg/L。厌氧氨氧化区的HRT为4h。曝气风机按设定步调分别给短程硝化区、第一好氧区以及第二好氧区供气，短程硝化区曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比2:1，HRT为2h。第一好氧区:缺氧区:第二好氧区的HRT比例为2:4:1，总HRT为3.5h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区DO为0.2～0.7mg/L。二沉池底部污泥混合液回流比为120％。碳、磷分离区HRT为4h。

试验结果如表3所示。

表3试验进、出水水质数据

从表3中可以看出，污水中磷以蓝铁矿的形式回收，回收效果较好。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污水中碳磷回收设备，其特征在于，包括碳磷分离池，以及依次设置且连通的碳磷浓缩区、短程硝化区、厌氧氨氧化区、第一好氧区、缺氧区、第二好氧区和二沉池；

所述碳磷浓缩区内设置有膜组件，所述膜组件被配置成分离所述碳磷浓缩区内污水中的氮和碳磷；

所述碳磷分离池被配置成接收所述碳磷浓缩区分离出来的所述碳磷，并将所述碳磷分离成碳和磷；

所述短程硝化区被配置成接收所述碳磷浓缩区分离出来的氮并进行亚硝化处理。

2.根据权利要求1所述的回收设备，其特征在于，所述膜组件为孔径为0.1～1μm的微滤膜。

3.根据权利要求1所述的回收设备，其特征在于，所述碳磷分离池与所述缺氧区通过第一回流管连通，所述第一回流管上设置有第一回流泵；

所述第一回流泵被配置成将所述碳磷分离池中的上层液体回流至所述缺氧区内。

4.根据权利要求3所述的回收设备，其特征在于，所述二沉池与所述短程硝化区通过第二回流管连通，所述第二回流管上设置有第二回流泵；

所述第二回流泵被配置成将所述二沉池中的污泥混合液回流至所述短程硝化区。

5.根据权利要求1～4任一项所述的回收设备，其特征在于，所述回收设备满足以下条件的至少一者：

a)所述碳磷浓缩区上还设置有进水管、投加管以及射流循环器，所述射流循环器设置于所述碳磷浓缩区内的下方；

b)厌氧氨氧化区内置附有厌氧氨氧化菌的固定床填料；

c)所述固定床填料的填充容积率为10％～30％；

d)所述回收设备还包括鼓风机，所述鼓风机被配置成通过气路和空气扩散器分别向所述短程硝化区、所述第一好氧区和所述第二好氧区内曝气；

e)所述短程硝化区内的所述空气扩散器为射流曝气器；

f)所述第一好氧区内和所述第二好氧区内的所述空气扩散器为盘式曝气器。

6.一种污水中碳磷回收工艺，其特征在于，适用于权利要求1～5任一项所述的回收设备，所述回收工艺包括：

将污水通入所述碳磷浓缩区进行浓缩并经过膜组件的分离，使含有碳磷的污水被所述膜组件阻挡，并通过管路进入到碳磷分离池内，含有氮的污水经过所述膜组件并进入到所述短程硝化区；

含有氮的污水依次通过所述短程硝化区、所述厌氧氨氧化区、所述第一好氧区、所述缺氧区、所述第二好氧区和所述二沉池进行处理；

含有碳磷的污水进入到所述碳磷分离池内进行重力沉淀，分离含磷污泥和含碳污泥。

7.根据权利要求6所述的回收工艺，其特征在于，所述回收工艺满足以下条件的至少一者：

a)所述碳磷浓缩区的pH为6～9，ORP小于-150mV，HRT为0.5～2h，SRT为3～10d，并投加铁盐/零价铁混合物；

b)短程硝化区曝气形式采用间歇曝气模式，曝气/停气时间比1:2～2:1，HRT为1.5～3h；

c)所述厌氧氨氧化区的HRT为2～5h；

d)所述第一好氧区:缺氧区:第二好氧区的HRT比例为1:1:1～4:4:1，总HRT为1.5～4.5h，好氧区DO控制在1～2mg/L，缺氧区DO为0.2～0.7mg/L；

e)所述碳磷分离池的HRT为3～6h；

f)碳磷浓缩区的液位比其他区域高1.5～2.5m。

8.根据权利要求7所述的回收工艺，其特征在于，碳磷浓缩区内投加铁盐/零价铁混合物包括铁粉，以及硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的回收工艺，其特征在于，所述回收工艺还包括：所述二沉池中的污泥混合液回流至所述短程硝化区；

所述碳磷分离池中的上层液体回流至所述缺氧区。

10.根据权利要求9所述的回收工艺，其特征在于，所述二沉池内底部污泥混合液的回流比为70％～150％。

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