CN1246229C - 一种含磷废水处理方法及其回收磷产物的应用 - Google Patents
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Abstract
一种含磷废水处理方法及其回收磷产物的应用，属于环境保护中污水处理领域。本发明以铁盐为絮凝剂，季铵盐单宁酸为助凝剂，两者协同作用，不仅可以有效去除废水或处理水中的含磷化合物，降低排放水的富营养化因子，同时季铵盐单宁酸的加入可降低水的浊度及残存铁含量，提高处理水的质量；并可加速絮凝速率，缩短絮凝时间。得到的含磷絮凝物可用于农业用缓释磷肥，有效增加磷的释放效果。本发明工艺简单，在有效去除废水或处理水中磷的同时，实现磷的回收，及其资源化利用，可产生良好的环境、经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及含磷酸离子废水或处理水的除磷方法及其回收磷产物的应用，属于环境保护中污水处理技术领域。
背景技术
众所周知，河川、湖泊水体富营养化的原因之一是由于含磷化合物的存在。磷化物来源于居民家庭用水、工业废水及土壤中磷的流失。因此，对生活污水及工业废水除磷是从源头治理水体富营养化的有效措施之一。磷的去除主要有生物法和化学法两种，生物除磷是一种相对经济的方法，但磷的去除率通常只有30％-40％，单一的生物法除磷工艺很难达到低于1mg/L的排放标准。化学方法是通过加入一种或者几种物质，把污水中磷变成悬浮颗粒，沉淀分离后除去，物理-化学法可以将磷含量降到低于1mg/L的排放标准。化学除磷按药剂投加点不同分为前沉析、同步沉析和后沉析三种工艺。同步除磷即是同步沉析，它是目前应用最广泛的化学除磷工艺，在国外约占化学除磷工艺的50％(唐国强.化学除磷的设计计算.给水排水，2000，2(9)：7-21)。同步除磷是将沉析药剂投加在曝气池出水(即二沉池进水)中，个别情况也有将药剂投加在曝气池进水中或回流污泥渠道中。常用药剂一般是铝盐、铁盐和石灰。由于铁盐价格便宜，同时是微生物生长所必需的微量元素，同时铁盐会使活性污泥重量增加，避免活性污泥膨胀，并且能够刺激生物活性，对微生物无毒害作用，所以铁盐是良好的化学除磷药剂。但是，在传统的污水生物处理工艺中，铁盐投加会降低水的pH值，投加量过大虽有利于化学除磷，但会对生物处理造成不利影响，且处理水呈黄色。
污泥减量化或不产剩余污泥的污水处理新技术是当今研究的一个热点，采用好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水技术可以实现去除有机物的同时不产或少产剩余污泥(申请号：200310121766.7)，但由于污泥的生长和消亡处于动态平衡，原水和处理水的磷浓度不变，经过好氧-厌氧微生物反复耦合处理后磷大部分以无机磷酸根的形式存在于处理水中。因此，为保证好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺的应用，处理水中的磷必须去除才能达到满足对磷的排放要求。
Aguilar等的研究表明，当磷的形式以PO4 3-的形式存在时，除磷主要以FePO4形式为主(Aguilar M.I.，Saez J.，Soler A.et al.Nutrient removal and sludge production inthe coagulation-flocculation process，Wat.Res.，2002，36：2910-2919.)。郭智芬等(中国农业科学，1997，30(1)：26-32)研究表明，FePO4对碱性土壤中植物磷营养具有重要贡献，其有效性与磷酸铝相当，优于磷酸钙。
发明内容
本发明的目的是提供一种含磷废水处理方法，使其不仅可有效去除废水中的磷，而且能够有效的克服在传统的污水生物处理工艺中，由于铁盐投加过量而引起的处理水的pH值降低、水呈黄色等缺陷，有效地降低处理水中残余铁浓度和水的浊度，提高处理水的质量。
本发明的另一目的是提供在废水处理中产生的磷产物的应用。
本发明的技术方案如下：一种含磷废水处理方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)在待处理的含磷废水中加入铁盐作为絮凝剂，使其分散在废水中的浓度为10～50mg/L，在至少200rpm搅拌下使絮凝剂在废水中充分混合；
2)然后加入季铵盐单宁酸，使其分散在废水中的浓度为2～20mg/L，再在20～100rpm下至少搅拌2min，静止沉淀后回收含磷絮凝物。
上述处理方法大致经历两个阶段。第一阶段为微粒的形成，即当化学药剂——铁盐加入待处理的水后，在快速搅拌混合下，两者相互作用，形成微小的颗粒，称之为凝聚过程。第二阶段是形成的微小颗粒在慢速搅拌条件下加入季铵盐单宁酸，发生絮凝使颗粒变大形成易于沉淀的含磷絮凝物，称之为絮凝。凝聚和絮凝总称为混凝，实际上磷的除去过程也可看作是一种混凝的过程。
在上述的含磷废水处理方法中，所述回收的含磷絮凝物作为土壤缓释磷肥的应用。
本发明所述的含磷废水为二沉池水或经好氧-厌氧微生物反复耦合处理后的含磷酸离子处理水。
本发明采用铁盐作为絮凝剂，季铵盐单宁酸(Quaternary ammonium tannate，US6,478,986)为助凝剂，两者协同作用不仅可以有效去除废水或处理水中的含磷化合物(除磷效果可达到80％以上)，降低排放水的富营养化因子，同时季铵盐单宁酸的加入可降低水的浊度及残存铁含量(与不加季铵盐单宁酸的情况相比残余铁浓度降低40～90％)，提高处理水的质量；并可加速絮凝速率，缩短絮凝时间。得到的含磷絮凝物可用于农业用缓释磷肥，可有效增加磷的释放效果。本发明工艺简单，在有效去除废水或处理水中磷的同时，实现磷的回收，及其资源化利用，可产生良好的环境、经济和社会效益。
具体实施方式
本发明采用的季铵盐单宁酸(US 6,478,986)，其化学结构式如下：
水浊度(NTU)测定的步骤是废水经混凝结束后立刻倒进500mL的容量瓶，从零时刻开始记时，每隔一定的时间测定液面1cm处的浊度。
使用的人工废水组成如下(mg/L)：
葡萄糖(TOC)100-350；(NH4)2SO4(T-N)10-70；KH2PO4(T-P)：1.5-8；MgSO4·7H2O 2.5-15；CaCl2·2H2O 0.6～3；FeCl2·4H2O 0.05～0.3
实施例1季铵盐单宁酸的添加对不同废水的除磷效果
分别取北京高碑店污水处理厂初沉池水、北京高碑店污水处理厂二沉池的处理水、北京高碑店运行的好氧-厌氧反复耦合污水处理中试装置的出水、实验室好氧-厌氧反复耦合污水处理反应器处理水和含磷酸人工废水，加入FeCl3，600rpm搅拌1min；然后加入季铵盐单宁酸，使其分散在废水中的浓度为10mg/L，再50rpm搅拌10min，结果见下表。
| 废水来源 | 季铵盐单宁酸(mg/L) | 磷浓度(mg/L) | 除磷效率(％) | FeCl3-Fe(mg/L) | ||
| 处理前 | 处理后 | 加入浓度 | 残余浓度 | |||
| 北京高碑店污水处理厂初沉池水 | 0 | 4.07 | 0.51 | 87 | 30 | 5.5 |
| 10 | 4.07 | 0.29 | 93 | 30 | 3.1 | |
| 北京高碑店污水处理厂二沉池水 | 0 | 5.05 | 0.72 | 86 | 25 | 1.8 |
| 10 | 5.05 | 0.51 | 90 | 25 | 0.2 | |
| 北京高碑店运行的好氧-厌氧反复耦合污水处理中试装置的出水 | 0 | 5.24 | 0.48 | 91 | 30 | 4.0 |
| 10 | 5.24 | 0.59 | 89 | 30 | 0.7 | |
| 实验室好氧-厌氧反复耦合污水处理反应器处理水 | 0 | 9.21 | 2.02 | 78 | 25 | 4.7 |
| 10 | 9.21 | 1.75 | 81 | 25 | 2.9 | |
| 含磷酸人工废水 | 0 | 4.67 | 0.34 | 93 | 30 | 5.3 |
| 10 | 4.67 | 0.32 | 93 | 30 | 2.1 |
实施例2季铵盐单宁酸的添加对人工含磷酸废水除磷效果
在磷浓度为7mg/L的人工废水中加入一定量的FeCl3，FeCl3分散在废水中的浓度为10mg/L，200rpm搅拌2min，再20rpm搅拌30min，测定处理水的磷浓度、浊度和残余铁浓度，分别为2.5mg/L，15和1.5mg/L。
在磷浓度为7mg/L的人工废水中加入一定量的FeCl3，FeCl3分散在废水中的浓度为10mg/L，200rpm搅拌2min，然后加入季铵盐单宁酸，其分散在废水中的浓度为2mg/L，20rpm搅拌30min，测定处理水的磷浓度、浊度和残余铁浓度，分别为2.5mg/L，10和0.8mg/L。
实施例3季铵盐单宁酸的添加对好氧-厌氧微生物反复耦合工艺处理水除磷效果
配制磷浓度为10mg/L的人工废水，经过实验室规模的好氧-厌氧微生物反复耦合工艺处理后，加入高聚铁，高聚铁分散在废水中浓度为50mg/L，800rpm搅拌3min，再100rpm搅拌2min，测定处理水的磷浓度、浊度和残余铁浓度，分别为0.5mg/L，20和8mg/L。
配制磷浓度为10mg/L的人工废水，经过实验室规模的好氧-厌氧微生物反复耦合工艺处理后，加入高聚铁，高聚铁分散在废水中浓度为50mg/L，800rpm搅拌3min，然后加入季铵盐单宁酸，其分散在废水中的浓度为20mg/L，100rpm搅拌2min，测定处理水的磷浓度、浊度和残余铁浓度，分别为0.5mg/L，10和0.8mg/L。
Claims (3)
1.一种含磷废水处理方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)在待处理的含磷废水中加入铁盐作为絮凝剂，使其分散在废水中的浓度为10～50mg/L，至少200rpm搅拌使絮凝剂在废水中充分混合；
2)然后加入季铵盐单宁酸，使其分散在废水中的浓度为2～20mg/L，再在20～100rpm下至少搅拌2min，静止沉淀后回收含磷絮凝物；所述的季铵盐单宁酸的化学结构式为：
2.按照权利要求1所述的含磷废水处理方法，其特征在于：所述的含磷废水为二沉池水或经好氧-厌氧微生物反复耦合处理后的含磷酸离子处理水。
3.如权利要求1所述回收的含磷絮凝物作为土壤缓释磷肥的应用。
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