CN204265559U

CN204265559U - 一种低磷水深度除磷设备

Info

Publication number: CN204265559U
Application number: CN201420611640.1U
Authority: CN
Inventors: 刘寅; 杜兵; 曹建平; 何然; 王珊
Original assignee: Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection
Current assignee: Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2024-10-22

Abstract

本实用新型公开了一种低磷水深度除磷设备，属于污染水处理领域，包括依次串联在一起的一级流化床反应器和二级固定床反应器，所述一级流化床反应器从下向上设有布水区、反应区和分离沉淀区，布水区设有进水口、碱投放口和钙盐投放口，反应区分为升流区和降流区，分离沉淀区分为三相分离区和沉淀区，上部设有收水堰及出水口、顶部设有空气管深入到底部布水区，在一级流化床反应器中填充有改性珊瑚砂载体；所述二级固定床反应器由下向上依次为出水区、滤板、承托层，承托层上方填充有改性珊瑚砂填料，填料上方为预反应区，并设置虹吸排泥管，出水区设有出水管。本实用新型结构简单，技术可控性强、处理效果好，节省投资及运行费用，滤料还可回收磷。

Description

一种低磷水深度除磷设备

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，涉及应用结晶法除磷的设备，尤其适用于二级处理出水及景观水的深度除磷。

背景技术

磷是产生水体富营养化的最主要因素，目前国际上公认的标准是：当水体中总氮含量大于0.2mg/L，总磷含量大于0.02mg/L时，水体会发生富营养化。在湖泊、河口等自然水体中，当水中含氮量不足时，可以通过某些固氮微生物来补充，而磷却没有类似这样的补充方式，只能通过外来磷源补充。相对于氮，水生藻类对磷更具有敏感性，因此若可将磷控制在较低水平，则可降低或消除水体富营养化的发生。

现阶段污水的深度净化与回用和景观水体防止富营养化，都面临一个共同的难题，即如何降低水中磷的含量。

在除磷技术中，一是利用沉淀反应、结晶和吸附等作用，使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀；二是利用微生物的作用，通过细胞合成将磷吸收到活性污泥细胞中。到目前为止，国内外普遍采用的除磷方法主要有化学法、生物法及化学/生物相结合法，其他的方法还有人工湿地法、吸附法、膜技术等方法。

传统化学除磷法因人为投加了化学药剂，会产生大量的污泥，这种化学污泥难于处理，并且药剂、污泥处理费用的增加造成水处理费用增高。

生物法是利用聚磷菌好氧吸磷厌氧释放磷，通过排放剩余污泥来去除水中的磷。此法缺点是：生物除磷工艺过程不稳定，且最终表现为排泥除磷，容易引起二次污染，加之除磷和脱氮大多数情况下是同时进行的，它们在泥龄、碳源等方面存在着矛盾，致使两者不能兼顾。对于低浓度和超低浓度污水，生物除磷处理往往难以满足处理要求，而必须采取化学法辅助除磷。

目前城市污水处理工艺普遍采用化学法和生物法相结合的方法，其最显著的特点是在流程中投加化学混凝剂。此法可以降低除磷费用并获得稳定的除磷效果，但还是存在工艺流程复杂、污泥量大、污泥含水率高、脱水困难、易产生二次污染等缺点。

最近十年来，结晶除磷工艺得到了较为迅速的发展，该过程是将溶解性的磷直接转化为易于分离的颗粒态晶体，在作为晶核的除磷剂上析出，从而达到除磷的目的。目前研究及应用较多的为磷酸铵镁(MAP)结晶除磷和羟基磷酸钙(HAP)结晶除磷。MAP结晶除磷的原理是利用污水中的磷酸根离子与氨离子、镁离子反应生成磷酸铵镁，HAP结晶法除磷的原理是利用污水中的磷酸根离子与钙离子、氢氧根离子反应生成羟基磷酸钙，又名碱式磷酸钙，其反应方程式分别为式1和式2。

发明内容

本实用新型提供一种低磷水深度除磷设备，它能将低磷水(TP≤10～5mg/L)中的磷处理至TP≤0.2mg/L乃至TP≤0.05mg/L的限值，从而满足日趋严格的磷排放标准要求。应用此设备处理景观水体，可获得极低的磷出水浓度，使景观水体水质得以维持，大大降低发生富营养化的概率。

本实用新型的一种低磷水深度除磷设备，包括依次串联在一起的一级流化床反应器和二级固定床反应器，所述一级流化床反应器从下向上设有布水区、反应区和分离沉淀区，布水区设有进水口、碱投放口和钙盐投放口，反应区轴向中心位置设有导流筒，将反应区分隔为内部的升流区和外部的降流区，分离沉淀区轴向设有分离套筒，将分离沉淀区分隔为内部的三相分离区和外部的沉淀区，其上部设有收水堰及出水口、顶部设有空气管并深入到底部布水区，在一级流化床反应器中填充有改性珊瑚砂载体；所述二级固定床反应器由下向上依次为出水区、滤板、承托层，承托层上方填充有改性珊瑚砂填料，改性珊瑚砂填料上方为预反应区，并设置虹吸排泥管，二级进水管及钙盐、碱投加至预反应区，出水区设有出水管。

本实用新型的一种低磷水深度除磷设备，所述改性珊瑚砂为：

(1)、将天然珊瑚砂过筛，筛出粒径0.3mm～0.1mm的珊瑚砂作为制备一级流化床反应器晶种原料；0.45mm以上粒径的砂，按粒径筛分成0.45～0.60mm、0.6～1.0mm、1～2mm以及>2mm四组，作为制备二级固定床反应器晶种原料；

(2)、用自来水清洗珊瑚砂，冲洗数次至干净为止；

(3)、配制磷浓度为500～2000mg/L的磷酸二氢钾溶液，按照摩尔比Ca∶P＝(0.1～2)∶1称取氯化钙的用量；

(4)、将上述粒径0.3mm～0.1mm的珊瑚砂、磷酸二氢钾溶液、氯化钙固体混合于一级流化床反应器内，通过曝气，使砂处于流化态，用氢氧化钠溶液调节pH值，通过pH计监控，使反应器内pH稳定在8.5～9.5范围内，反应6～12小时后停止；

(5)、将上述粒径分成0.45～0.60mm、0.6～1.0mm、1～2mm以及>2mm的四组珊瑚砂按粒径由大到小依次投入到二级固定床反应器中，再将上述磷酸二氢钾溶液、氯化钙固体依次投加到二级固定床反应器内，通过泵回流使反应器内溶液体外循环，用氢氧化钠溶液调节pH值，通过pH计监控，使反应器内pH稳定在8.5～9.5范围内；反应6～12小时后停止；

(6)、排出反应液，用自来水多次冲洗改性过的珊瑚砂，直至冲洗水中TP测量值<0.3mg/L时，认为珊瑚砂已清洗干净，成为本设备所用的改性珊瑚砂，粒径0.3mm～0.1mm的改性珊瑚砂为一级流化床反应器的填充载体，粒径分成0.45～0.60mm、0.6～1.0mm、1～2mm以及>2mm四组的改性珊瑚砂作为二级固定床反应器的填料。

本实用新型的的一种低磷水深度除磷设备，一级流化床反应器中改性珊瑚砂载体浓度即载体投加量与反应器有效容积比为10～30g/L，二级固定床反应器内改性珊瑚砂填料的高度为0.4～2m。

本实用新型的的一种低磷水深度除磷设备，所述碱投放口可设置在三相分离区。

本实用新型的的一种低磷水深度除磷设备，所述碱投放口可设置在二级固定床反应器顶端。

本实用新型的的一种低磷水深度除磷设备，所述钙盐投放口可设置在二级固定床反应器内。

本实用新型的技术特点为：以改性珊瑚砂为晶种、依托羟基磷酸钙(HAP)结晶除磷原理、应用“一级流化床反应器和二级固定床反应器”串联工艺去除低磷水中的磷。

本实用新型在于以珊瑚砂作为一级流化床反应器的载体和二级固定床反应器的填料，并对其进行改性，使其表面生成羟基磷酸钙，当低磷水通过一级流化床反应器和二级固定床反应器以一定的流态与改性珊瑚砂接触时，由于改性珊瑚砂具有特定吸附与其本身结构类似成份的特性，使污水中的Ca²⁺、PO₄ ^3-以及OH^-在填料颗粒表面富集，从而产生结晶沉淀、达到除磷的目的。使用该设备处理低浓度含磷污水与传统金属盐、钙盐化学除磷法相比，加药量、污泥量大为减少，处理出水磷含量可以低至TP≤0.2mg/L乃至TP≤0.05mg/L，TP去除率可达96％以上，从而满足日趋严格的磷排放标准要求及景观水水质保持的需求。

本实用新型结构简单，技术可控性强、运行稳定，处理效果好。且工艺流程简单，节省投资及运行费用，滤料还可回收磷。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图

图2为本实用新型工艺流程示意图。

图3一级流化床反应器+二级固定床反应器对生活污水二级出水除磷效果图。

图1中个部件标号

1、布水区；2、进水口；3、碱投放口；4、钙盐投放口；5、反应区；6、导流筒；7、升流区；8、降流区；9、分离沉淀区；10、分离套筒；11、三相分离区；12、沉淀区；13、收水堰；14、出水口；15、空气管；16、改性珊瑚砂载体21、出水区；22、滤板；23、承托层；24、改性珊瑚砂填料；25、预反应区；26、虹吸排泥管；27、二级进水管；28、二级进水管

图2中，碱投加点可选择碱1、碱2、碱3中的一处或两处；钙盐投加点可选择钙盐1、钙盐2中的任一处。相应图1中碱和钙盐投放口可设置在相应的部件上。

具体实施方式

本实用新型依托羟基磷酸钙HAP结晶除磷原理、以改性珊瑚砂为晶种、应用“一级流化床反应器+二级固定床反应器”串联工艺对生活污水二级出水进行除磷处理。下面结合附图对本实用新型的结构加以详细描述：

本实用新型的一种低磷水深度除磷设备，如图1所示，包括依次串联在一起的一级流化床反应器A和二级固定床反应器B，所述一级流化床反应器A从下向上设有布水区1、反应区5和分离沉淀区9，布水区设有进水口2、碱投放口3和钙盐投放口4，反应区5轴向中心位置设有导流筒6，将反应区分隔为内部的升流区7和外部的降流区8，分离沉淀区9轴向设有分离套筒10，将分离沉淀区分隔为内部的三相分离区11和外部的沉淀区12，其上部设有收水堰13及出水口14、顶部设有空气管15并深入到底部布水区，在一级流化床反应器中填充有改性珊瑚砂载体16；所述二级固定床反应器B由下向上依次为出水区21、滤板22、承托层23，承托层上方填充有改性珊瑚砂填料24，改性珊瑚砂填料24上方为预反应区25，并设置虹吸排泥管26，二级进水管27及钙盐、碱投加至预反应区，出水区设有出水管28。

(2)、用自来水清洗珊瑚砂，冲洗数次至干净为止；

本实用新型的低磷水深度除磷设备的工艺流程为将低磷水由水泵提升至步骤1中所得的以改性珊瑚砂为载体的一级流化床反应器内，加碱调节pH值到8.5～10.0，同时加入钙盐溶液。一级流化床反应器出水自流进入以改性珊瑚砂为填料层的二级固定床反应器顶部，低磷水自上而下通过填料层，排出二级固定床反应器；低磷水在流过一级流化床反应器、二级固定床反应器的过程中，水中的Ca²⁺、PO₄ ^3-以及OH^-转变为羟基磷酸钙，结晶在改性珊瑚砂表面，最终出水磷浓度可达到TP≤0.2mg/L乃至TP≤0.05mg/L，出水pH≤9.0。为避免污泥堵塞填料层，二级固定床反应器10～15天排泥一次。

实施例1：

具体操作参数为：一级流化床反应器：总有效容积为3.8L，投入0.3～0.1mm改性珊瑚砂350g。平均进水流量为15.72L/d，水力停留时间5.46h，曝气量200L/h。二级固定床反应器：投入0.45～1.0mm改性珊瑚砂4.17kg，填料层高12cm，砂床层有效体积为3.19L，平均进水流量为16.71L/d，砂层水力停留时间4.58h。原水为生活污水二级处理出水，平均TP＝3.27mg/L。氯化钙为钙源，反应器内[Ca²⁺]＝80～150mg/L，以0.1M NaOH调节pH在8.5～10.0范围内。

运行效果如图3所示：串联系统总去除率96.33％。一级反应器平均进水TP＝3.27mg/L、平均出水TP＝1.57mg/L，一级TP平均去除率为52.3％。二级平均TP去除率为91.13％，二级平均出水TP＝0.14mg/L，满足北京市地方标准《水污染物排放标准》(DB307/11-2013)、《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB11/890-2012)中A限值要求。

本实用新型的的一种低磷水深度除磷设备，根据惯例，所述碱投放口也可设置在三相分离区或二级固定床反应器顶端。所述钙盐投放口可设置在二级固定床反应器内。

Claims

1.一种低磷水深度除磷设备，其特征在于包括依次串联在一起的一级流化床反应器和二级固定床反应器，所述一级流化床反应器从下向上设有布水区、反应区和分离沉淀区，布水区设有进水口、碱投放口和钙盐投放口，反应区轴向中心位置设有导流筒，将反应区分隔为内部的升流区和外部的降流区，分离沉淀区轴向设有分离套筒，将分离沉淀区分隔为内部的三相分离区和外部的沉淀区，其上部设有收水堰及出水口、顶部设有空气管并深入到底部布水区，在一级流化床反应器中填充有改性珊瑚砂载体；所述二级固定床反应器由下向上依次为出水区、滤板、承托层，承托层上方填充有改性珊瑚砂填料，改性珊瑚砂填料上方为预反应区，并设置虹吸排泥管，进水及钙盐、碱投加至预反应区，出水区设有出水管。

2.根据权利要求1所述的低磷水深度除磷设备，其特征在于作为一级流化床反应器的填充载体的改性珊瑚砂的粒径为0.3mm～0.1mm，作为二级固定床反应器的填料的改性珊瑚砂粒径分成0.45～0.60mm、0.6～1.0mm、1～2mm以及＞2mm四组。

3.根据权利要求2所述的低磷水深度除磷设备，其特征在于：一级流化床反应器中改性珊瑚砂载体浓度即载体投加量与反应器有效容积比为10～30g/L，二级固定床反应器内改性珊瑚砂填料的高度为0.4～2m。

4.根据权利要求1所述的低磷水深度除磷设备，其特征在于所述碱投放口设置在三相分离区。

5.根据权利要求1所述的低磷水深度除磷设备，其特征在于所述碱投放口设置在二级固定床反应器顶端。

6.根据权利要求1所述的低磷水深度除磷设备，其特征在于所述钙盐投放口设置在二级固定床反应器内。