CN114906933B - 一种废水脱氮除磷及磷回收的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水脱氮除磷及磷回收技术领域，公开了一种废水脱氮除磷及磷回收的方法。方法：1)将含氮磷废水分成两部分，一部分记为A废水，另一部分记为B废水；将A废水进行厌氧水解酸化处理，获得酸化处理后的废水；将B废水进行好氧处理，获得好氧处理后的废水；2)将酸化处理后的废水与好氧处理后的废水按照流量比输入至添加有厌氧氨氧化菌的间隙式厌氧污泥反应器中混匀，投加亚铁盐，进行脱氮和除磷反应，静置沉淀，排出上清液。本发明的方法简单，在节约碳源的条件下高效脱除废水中TN，大幅度降低污水处理过程的总体能耗；另外，本发明的方法大大减少污泥量，提高了污泥中磷的浓度，且回收的污泥可作为磷肥，且提高了磷的总回收率。
Description
技术领域
本发明属于废水脱氮及磷回收的技术领域，具体涉及废水的生物脱氮处理方法和废水磷的去除及磷回收处理方法。
背景技术
城市生活污水或某些工业园废水除了COD等有机污染物外，还含有氨氮(NH4 +-N)与磷等营养型污染物。目前污水处理厂使用最多的是常规的前置反硝化-硝化生化处理与化学药剂除磷工艺。该工艺能脱除大部分的COD、部分的NH4 +-N、总氮(TN)与废水中的磷。为了进一步脱除出水的TN，不少污水处理厂要添加反硝化滤池，通过额外投加碳源保证反硝化的进行，从而进一步脱除TN。另外，为了使出水的磷达标，往往要在处理出水的沉淀池前投加铁盐或铝盐，保证处理后出水的磷小于0.5mg/L的城镇污水处理厂一级A排放标准。但由于生化反应段会产生大量的生化污泥，不少磷将转化到污泥中，从而使后段投加化学沉淀剂收集的污泥中磷总量偏低，即使将这些化学沉淀污泥全部收集，污水中磷的回用率仍然较低，污泥中的磷浓度也偏低，得不到较高的经济效益。
本发明利用厌氧氨氧化的原理，通过合理的工艺设计，充分利用厌氧氨氧化菌在节约碳源的条件下脱除废水中的TN，从而降低污水处理过程的总体能耗。此外，由于磷是不可再生的宝贵资源，本发明通过在厌氧氨氧化反应器中投加定量的亚铁盐，亚铁不仅促进了厌氧氨氧化反应，有助于保证出水质量，也减少了红菌的流失，又脱除了污水中的磷并将磷沉淀至污泥中实现磷的回收。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种废水脱氮除磷及磷回收的方法。本发明的方法简单，在节约碳源的条件下高效脱除废水中的TN，可大幅度降低污水处理过程的总体能耗；另外，本发明的方法使得污泥量大大减少，提高了污泥中的磷的浓度，且回收的污泥可作为磷肥，且可将污水中的磷的总回收率提高到80％。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种废水脱氮除磷及磷回收的方法，包括以下步骤：
1)将含氮磷废水分成两部分，一部分记为A废水，另一部分记为B废水；将A废水进行厌氧水解酸化处理，获得酸化处理后的废水；将B废水进行好氧处理，获得好氧处理后的废水；
2)将酸化处理后的废水与好氧处理后的废水按照一定的流量比输入至添加有厌氧氨氧化菌的间隙式厌氧污泥反应器(ASBR)中混匀，投加5～20mg/L的亚铁盐，进行同步脱氮和除磷反应，静置沉淀，排出上清液；再将酸化处理后的废水与好氧处理后的废水输入至排出上清液的反应器中，进行下一个周期反应，如此循环；随着反应过程的进行，废水中磷以磷酸亚铁和磷酸铁的形式富集于污泥中，反应器中污泥量慢慢增加，回收污泥进而回收了污水中的磷。
所述流量比按照以下条件确定：酸化处理后的废水与好氧处理后的废水混合后的废水中满足BOD：NO3 --N为2～3，NO3 --N：NH4 +-N为1～1.1。
步骤1)中所述含氮磷废水中氨氮浓度为20～150mg/L，化学需氧量(COD)为50～400mg/L，磷浓度为2～6mg/L。
步骤1)中所述厌氧水解酸化处理的条件：MLVSS为2900-3500mg/L，反应时间为8-20h，溶解氧为0.1-0.5mg/L。
所述好氧处理的条件：MLVSS为2000-2600mg/L，水力停留时间为6-24h，溶解氧为1.0-4.0mg/L。
步骤2)中间歇式厌氧污泥反应器总污泥为短程反硝化和厌氧氨氧化混合污泥，污泥浓度MLVSS为1000～6000mg/L；
步骤2)中所述反应的条件：反应时间为3-12h，溶解氧为0-0.2mg/L。
所述反应在搅拌的条件下进行，搅拌的转速为70-120rpm。
A废水与B废水的量可以为1：1，也可以为其他比值，只要满足酸化处理后的废水与好氧处理后的废水混合后的废水中满足NO3 --N：NH4 +-N为1～1.1。
本发明采用厌氧水解酸化处理，能保留废水中的NH4 +-N，部分有机物经水解酸化，转化为脂肪酸，能作为下一步短程反硝化的碳源；采用好氧处理，一方面将废水中的BOD通过好氧脱除，另一方面又将水中的NH4 +-N全部氧化为NO3 --N。本发明通过ASBR反应器中的反硝化菌进行短程反硝化，将NO3 --N还原为NO2 --N。NO2 --N和反应器中的NH4 +-N在厌氧氨氧化菌的作用下，以NO2 --N为电子受体氧化NH4 +-N，将NO2 --N和NH4 +-N转变为氮气，从而脱除NH4 +-N与TN。与此同时，投加的部分亚铁盐消耗了废水中的溶解氧(DO)，部分亚铁与污水中的磷反应生成磷酸亚铁和磷酸铁沉淀，富集在污泥中，从而达到回收废水中磷的目的。
排出上清液，其排水比为25～75％。
本发明的方法中亚铁的投加对系统脱氮除磷起着重要的作用，分别为：1)降低系统的溶解氧(DO),促进厌氧氨氧化细菌的生长；2)增强厌氧氨氧化细菌的沉降性能，减少了厌氧氨氧化细菌的流失；3)与废水中的磷反应，生成磷酸亚铁和磷酸铁沉淀，从而可以富集并回收磷。随着反应过程的进行，污泥量慢慢增加，多余且富含磷的污泥外排，污泥中的磷主要以磷酸亚铁和磷酸铁的形式存在，因此回收污泥进而回收了污水中的磷。
采用本发明的工艺，曝气的动力能耗比常规的硝化反硝化节省约40～50％，不需要额外投加碳源，从而使TN达到排放标准。另外，厌氧氨氧化细菌的世代周期一般为10～14天，繁殖周期长，因此该方法的污泥量只有常规的硝化反硝化的污泥量的1/5～1/10，生化污泥量大大减少，从而提高了污泥中的磷的浓度。回收的污泥可作为磷肥，且可将污水中的磷的总回收率提高到80％。
本发明先将城镇生活污水分为两股水，分别进行厌氧酸化和好氧硝化处理，获得氨氮和硝态氮，并通过合适的流量比将两股废水通入装有厌氧氨氧化菌的反应器中进行部分反硝化-厌氧氨氧化反应实现脱氮；本发明的方法节省了大量常规反硝化所需的碳源。
往常规的城市生活污水处理只考虑磷的去除，并没有考虑磷的回收。本发明通过回收厌氧氨氧化污泥进而来回收磷。利用厌氧氨氧化细菌世代周期长，污泥增殖速度慢的特点，通过在反应器中加入适量硫酸亚铁，不仅促进反应器脱氮还能使硫酸亚铁与废水中的磷反应生成磷酸亚铁或磷酸铁沉积在污泥中，而污泥增殖速率慢的特质又大大提高了单位污泥中的磷含量，进而实现磷资源的回收。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明的方法简单，在节约碳源的条件下高效脱除废水中的TN，可高效降低污水处理过程的总体能耗；另外，本发明的方法使得污泥量大大减少，提高了污泥中的磷的浓度，提高了磷回收率，且回收的污泥中磷主要以磷酸亚铁和磷酸铁的形式存在，因此回收污泥进而回收了污水中的磷，污泥可作为磷肥。通过本发明的方法污水中磷的总回收率提高到80％。
附图说明
图1为本发明实现废水脱氮除磷并回收磷的方法的装置示意图：1-厌氧水解酸化池，2-储水装置，3-进水泵，4-搅拌器，5-反应器污泥层，6-ASBR反应器，7-进水泵，8-储水装置，9-好氧硝化反应器，10-曝气头，11-玻璃转子气量计，12-空气压缩机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
图1为本发明实现废水脱氮除磷并回收磷的方法的装置示意图，包括厌氧水解酸化池1，储水装置A 2，进水泵A 3，ASBR反应器6，进水泵B 7，储水装置B 8，好氧硝化反应器9；所述厌氧水解酸化池1设有进水口和出水口，出水口与储水装置A 2连接，好氧硝化反应器9设有进水口和出水口，出水口与储水装置B 8连接；ASBR反应器6下端设有两进水口，储水装置A 2通过进水泵3与ASBR反应器6的一进水口连接，储水装置B 8通过进水泵7与ASBR反应器6的另一进水口连接；ASBR反应器6中设有搅拌器4和反应器污泥层5；所述ASBR反应器6的上端设有出水口。
所述好氧硝化反应器9的底部设有曝气头10，所述曝气头10与空气压缩机12连接。曝气头10与空气压缩机12连接的管道上设有玻璃转子气量计11。
将含氮磷废水分成两部分，一部分记为A废水，另一部分记为B废水；A废水在厌氧水解酸化池经处理后，大分子有机物分解为小分子脂肪酸，而后储存于储水装置中。A废水经厌氧水解酸化后，保留了废水中氨氮的同时又大大提高了废水的可生化性，经水解酸化后的短链脂肪酸可作为下一步短程反硝化的碳源。好氧硝化反应器包括硝化细菌。B废水经好氧硝化反应器处理后，去除绝大部分BOD并将氨氮氧化成硝氮，而后储存在储水装置中。A废水经厌氧水解酸化处理后，废水中主要包含氨氮和可生化的COD，B废水经好氧硝化处理后，主要包含硝氮。将经过厌氧水解酸化处理后的废水和好氧硝化处理后的废水通过进水泵进入到ASBR反应器中，ASBR反应器中污泥中主要包含厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌。在ASBR反应器中，反硝化细菌利用厌氧酸化处理后废水中小分子脂肪酸将好氧硝化处理后废水中的NO3 --N短程反硝化还原为NO2 --N。接着，在厌氧氨氧化细菌的作用下，以NO2 --N为电子受体氧化NH4 +-N，将NO2 --N和NH4 +-N同时转变为氮气，从而脱除废水中NH4 +-N、TN和COD。
此外，将酸化处理后的废水与好氧处理后的废水输入至添加有厌氧氨氧化菌的间隙式厌氧污泥反应器(ASBR)中混匀，投加5～20mg/L的亚铁盐(即在生化反应的同时将亚铁盐投加至ASBR反应器)，可将废水中的磷去除，磷与亚铁反应生成磷酸亚铁和磷酸铁沉淀与污泥混合，既可将生活污水中的磷去除，又可以通过对污泥的富集实现磷的回收。经过ASBR反应器处理的废水实现了废水的脱氮和除磷，处理出水经出水口达标排放。
本发明的ASBR生物反应器中污泥层的污泥絮体中的功能优势菌包含反硝化菌和厌氧氨氧化菌。两股废水进入反应器后，首先反硝化菌将硝氮转化为亚硝氮，剩余的氨氮与转化得到的亚硝氮一起被厌氧氨氧化菌利用，转化为氮气，从而实现废水中的氮素去除。加入的亚铁盐与废水中的磷反应，实现磷的去除。收集富含磷的污泥又实现磷的回收。
本发明中A废水通过厌氧酸化处理，主要含有40-350mg/L的BOD和20-150mg/L的氨氮，B废水通过好氧硝化处理后主要含有20-150mg/L的硝氮，基本不含有BOD和氨氮。
ASBR生物反应器中通过自动化程序来实现自动控制，如：具体分为以下5步骤：
步骤1：设置反应周期时间3～12h；
步骤2：进水5～10分钟，进水后开始搅拌，搅拌时间为2.5～11h；
步骤3：静置沉淀15～30分钟；
步骤4：排水2～5分钟，排放速率为2L/min；
步骤5：空置8～15分钟。
实施例1
一种废水脱氮除磷并回收磷的方法，包括以下步骤：
(1)将氨氮浓度20mg/L、磷浓度2mg/L、COD 50mg/L的废水分成A、B两股水；A股水通入厌氧水解酸化池中进行厌氧水解酸化处理(MLVSS为2900mg/L，反应时间为8h，DO为0.25mg/L)，B股水通入好氧硝化反应器中进行好氧处理除去废水中的BOD并将氨氮氧化为硝氮(MLVSS为2000mg/L，水力停留时间为6h，DO为1.5mg/L)；控制厌氧酸化处理后的废水与好氧硝化处理后的废水比例，保证混合后的废水BOD：硝氮为2.0，硝氮：氨氮约1.0，而后进入到ASBR反应器中；此阶段完成A股废水中低浓度氨氮的保留及COD的水解酸化和B股废水中低浓度BOD的去除及氨氮转化为硝氮。
(2)将250mL驯化成熟的厌氧氨氧化污泥(MLVSS＝1000mg/L)加入3L的ASBR反应器中，通过蠕动泵控制通入厌氧与好氧处理后的两股废水；在通入废水的同时，开启搅拌装置(搅拌的转速为70rpm)，在3L反应器中投加5mg/L的硫酸亚铁，经过3h后(溶解氧为0.12mg/L，温度为30℃)，磷的去除率达到85.2％，总氮去除率达到85.4％，COD去除率为89.3％。反应器中污泥磷的浓度显著增加，即实现了废水中氮磷的去除，又实现了磷资源的回收。本实施例中磷的回收率为78.3％。
实施例2
一种废水脱氮除磷并回收磷的方法，包括以下步骤：
(1)将氨氮浓度50mg/L、磷浓度2.5mg/L、COD 150mg/L的废水分成A、B两股水。A股水通入厌氧水解酸化池中进行厌氧水解酸化处理(MLVSS为3000mg/L，反应时间为13h，DO为0.4mg/L)，B股水通入好氧硝化反应器中进行好氧处理除去废水中的BOD并将氨氮氧化为硝氮(MLVSS为2200mg/L，水力停留时间为8h，DO为2.5mg/L)；控制厌氧酸化处理后的废水与好氧硝化处理后的废水比例，保证混合后废水中BOD：硝氮为2.2，硝氮：氨氮为1.1，而后进入到ASBR反应器中；此阶段完成A股低浓度氨氮的保留及COD的水解酸化和B股废水低浓度BOD的去除及氨氮转化为硝氮。
(2)将500mL驯化成熟的厌氧氨氧化污泥(MLVSS＝2500mg/L)加入5L的ASBR反应器中，通过蠕动泵控制通入厌氧与好氧处理后的A、B两股废水。在通入废水的同时，开启搅拌装置(搅拌的转速为85rpm)，在5L反应器中投加10mg/L的硫酸亚铁，经过5h后，(溶解氧为0.11mg/L，温度为27℃)，磷的去除率达到87.2％，总氮去除率达到86.4％，COD去除率为91.4％，反应器中污泥磷的浓度显著增加，即实现了废水中氮磷的去除，又实现了磷资源的回收。
实施例3
一种废水脱氮除磷并回收磷的方法，包括以下步骤：
(1)将氨氮浓度80mg/L、磷浓度3mg/L、COD 240mg/L的废水分成A、B两股水。A股水通入厌氧水解酸化池中进行厌氧水解酸化处理(MLVSS为3200mg/L，反应时间为16h，DO为0.45mg/L)，B股水通入好氧硝化反应器中进行好氧处理除去废水中的BOD并将氨氮氧化为硝氮(MLVSS为2450mg/L，水力停留时间为12h，DO为3mg/L)；控制厌氧酸化处理后的废水与好氧硝化处理后的废水比例，保证混合后BOD：硝氮为2.3，硝氮：氨氮为1.2，而后进入到ASBR反应器中；此阶段完成A股低浓度氨氮的保留及COD的水解酸化和B股废水低浓度BOD的去除及氨氮转化为硝氮。
(2)将500mL驯化成熟的厌氧氨氧化污泥(MLVSS＝4000mg/L)加入7L的ASBR反应器中，通过蠕动泵控制通入厌氧与好氧处理后的A、B两股废水。在通入废水的同时，开启搅拌装置(搅拌的转速为90rpm)，在7L反应器中投加10mg/L的硫酸亚铁，经过6h后(溶解氧为0.15mg/L，温度为26℃)，磷的去除率达到88.2％，总氮去除率达到85.4％，COD去除率为92.1％。反应器中污泥磷的浓度显著增加，即实现了废水中氮磷的去除，又实现了磷资源的回收。
实施例4
一种废水脱氮除磷并回收磷的方法，包括以下步骤：
(1)将氨氮浓度120mg/L、磷浓度4mg/L、COD 350mg/L的废水分成A、B两股水。A股水通入厌氧水解酸化池中进行厌氧水解酸化处理(MLVSS为3300mg/L，反应时间为16h，DO为0.43mg/L)，B股水通入好氧硝化反应器中进行好氧处理除去废水中的BOD并将氨氮氧化为硝氮(MLVSS为2450mg/L，水力停留时间为16h，DO为3.2mg/L)；控制厌氧酸化处理后的废水与好氧硝化处理后的废水比例，保证混合后BOD：硝氮为2.4，硝氮：氨氮为1.2，而后进入到ASBR反应器。此阶段完成A股低浓度氨氮的保留及COD的水解酸化和B股废水低浓度BOD的去除及氨氮转化为硝氮。
(2)将1000mL驯化成熟的厌氧氨氧化污泥(MLVSS＝5000mg/L)加入9L的ASBR反应器中，通过蠕动泵控制通入厌氧与好氧处理后的A、B两股废水。在通入废水的同时，开启搅拌装置(转速为100rpm)，在9L反应器中投加15mg/L的硫酸亚铁，经过8h后(溶解氧为0.13mg/L，温度为23.5℃)，磷的去除率达到90.5％，总氮去除率达到86.6％，COD去除率为88.9％。反应器中污泥磷的浓度显著增加，即实现了废水中氮磷的去除，又实现了磷资源的回收。
实施例5
一种废水脱氮除磷并回收磷新工艺，包括以下步骤：
(1)将氨氮浓度150mg/L、磷浓度6mg/L、COD 400mg/L的废水分成A、B两股水；A股水通入厌氧水解酸化池中进行厌氧水解酸化处理(MLVSS为3500mg/L，反应时间为20h，DO为0.48mg/L)，B股水通入好氧硝化反应器中进行好氧处理除去废水中的BOD并将氨氮氧化为硝氮(MLVSS为2600mg/L，水力停留时间为20h，DO为4mg/L)；控制厌氧酸化处理后的废水与好氧硝化处理后的废水比例，保证混合后BOD：硝氮为2.5，硝氮：氨氮为1.3，而后进入到ASBR反应器中；此阶段完成A股低浓度氨氮的保留及COD的水解酸化和B股废水低浓度BOD的去除及氨氮转化为硝氮。
(2)将1000mL驯化成熟的厌氧氨氧化污泥(MLVSS＝6000mg/L)加入9L的ASBR反应器中，通过蠕动泵控制通入厌氧与好氧处理后的A、B两股废水。在通入废水的同时，开启搅拌装置(搅拌的转速为120rpm)，在9L反应器中投加20mg/L的硫酸亚铁，经过12h后(溶解氧为0.18mg/L，温度为21℃)，磷的去除率达到94.7％，总氮去除率达到85.5％，COD去除率为93.1％。反应器中污泥磷的浓度显著增加，即实现了废水中氮磷的去除，又实现了磷资源的回收。
Claims (3)
1.一种废水脱氮除磷及磷回收的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将含氮磷废水分成两部分，一部分记为A废水，另一部分记为B废水；将A废水进行厌氧水解酸化处理，获得酸化处理后的废水；将B废水进行好氧处理，获得好氧处理后的废水；
2）将酸化处理后的废水与好氧处理后的废水按照流量比输入至添加有厌氧氨氧化菌的间歇式厌氧污泥反应器中混匀，投加5~20 mg/L的亚铁盐，进行脱氮反应和除磷反应，静置沉淀，排出上清液；
所述流量比按照以下条件确定：酸化处理后的废水与好氧处理后的废水混合后的废水中满足BOD：NO3 --N为2~2.5，NO3 --N：NH4 +-N为1~1.1；
3）再将酸化处理后的废水与好氧处理后的废水输入至排出上清液的反应器中，进行下一个周期反应，如此循环；
所述含氮磷废水中氨氮浓度为20~150 mg/L，化学需氧量为50~400 mg/L，磷浓度为2~6mg/L；
步骤2）中所述间歇式厌氧污泥反应器中污泥为短程反硝化和厌氧氨氧化混合污泥，污泥浓度MLVSS为1000~6000 mg/L；
步骤2）中所述反应的条件：反应时间为3-12h，溶解氧为0-0.2 mg/L；所述反应在搅拌的条件下进行，搅拌的转速为70-120 rpm；
步骤1）中所述厌氧水解酸化处理的条件：MLVSS为2900-3500 mg/L，反应时间为8-20h，溶解氧为0.1-0.5 mg/L；
步骤1）中所述好氧处理的条件：MLVSS为2000-2600 mg/L，水力停留时间为6-24 h，溶解氧为1.0-4.0 mg/L。
2.根据权利要求1所述废水脱氮除磷及磷回收的方法，其特征在于：
随着反应过程的进行，废水中磷以磷酸亚铁和磷酸铁的形式富集于污泥中，反应器中污泥量慢慢增加，回收污泥进而回收了污水中的磷。
3.根据权利要求1所述废水脱氮除磷及磷回收的方法，其特征在于：所述静置沉淀的时间为15~30min；排出上清液的排放速率为1.5~2.5L/min。
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