申请日2017.11.02
公开(公告)日2018.03.20
IPC分类号C02F11/04; C02F1/461
摘要
本发明公开了一种电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置及方法，该装置包括剩余污泥池、剩余污泥厌氧发酵池、发酵液沉淀池、电化学反应槽和贮水箱，电化学反应槽内置阳极镁棒和阴极碳棒，通过形成鸟粪石实现剩余污泥中氮磷的回收。利用该装置回收剩余污泥中氮磷的方法为：将剩余污泥的厌氧发酵液引入电化学反应槽提供氨氮和磷，在直流电场作用下阳极镁棒与阴极碳棒发生电子转移分别提供Mg2+和OH‑，在锥形沉淀区自由沉降鸟粪石结晶物进行回收，去除氮磷后的上清液溢流排入贮水箱。本发明装置无需额外投加镁离子试剂即可实现剩余污泥中氮磷的同步回收，且回收产物具有可观的经济性。
摘要附图
权利要求书
1.一种电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置，其特征在于包括剩余污泥池、剩余污泥厌氧发酵池、发酵液沉淀池、电化学反应槽和贮水箱，其中剩余污泥池通过管道及剩余污泥投加泵与剩余污泥厌氧发酵池相连，剩余污泥厌氧发酵池上部的加药口通过管道及碱剂投加泵与碱剂储备罐相连，剩余污泥厌氧发酵池内设有搅拌器和pH计，剩余污泥厌氧发酵池通过管道及发酵排泥泵与发酵液沉淀池相连，发酵液沉淀池中的上清液经顶部溢流槽及管道排入电化学反应槽，发酵液沉淀池底部沉淀经排泥口排出，电化学反应槽内设有阳极镁棒和阴极碳棒，该阳极镁棒与阴极碳棒通过导线与直流稳压电源相连，电化学反应槽内的鸟粪石沉淀物经锥形沉淀区自由沉降至鸟粪石回收口进行鸟粪石回收，电化学反应槽中去除氮磷的上清液经顶部溢流槽及管道排入贮水箱。
2.根据权利要求1所述的电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置，其特征在于：所述碱剂储备罐中盛放有5mol/L的氢氧化钠溶液。
3.一种使用权利要求1所述装置电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的方法，其特征在于具体步骤为：将剩余污泥池中的剩余污泥通过剩余污泥投加泵泵入剩余污泥厌氧发酵池中进行常温厌氧搅拌，控制剩余污泥SRT为10-12d，同时开启碱剂投加泵将碱剂储备罐中5mol/L的氢氧化钠溶液通过加药口泵入到剩余污泥厌氧发酵池中，调节剩余污泥厌氧发酵池内物料的pH值为10±0.5，用于提高剩余污泥的破解效率;根据剩余污泥厌氧发酵池SRT定期通过发酵排泥泵排出部分发酵后污泥至发酵液沉淀池中进行固液分离，随后开启剩余污泥投加泵将与排出发酵后污泥等体积的新鲜剩余污泥从剩余污泥池泵入剩余污泥厌氧发酵池中进行厌氧消化;发酵液沉淀池中的上清液溢流排入电化学反应槽中，发酵液沉淀池下层泥渣通过排泥口排出;电化学反应槽内沿直径方向距离槽壁各1/4直径处分别悬挂阳极镁棒和阴极碳棒，该阳极镁棒与阴极碳棒通过导线与直流稳压电源相连，阳极镁棒失电子获得Mg2+，阴极碳棒得电子获得OH-，发酵液沉淀池上清液进入电化学反应槽提供了氨氮和磷，在电化学反应槽内的锥形沉淀区形成鸟粪石沉淀物并通过鸟粪石回收口进行鸟粪石回收，电化学反应槽中去除氮磷后的上清液溢流排入贮水箱。
4.根据权利要求3所述的电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的方法，其特征在于所述剩余污泥池中剩余污泥的主要指标为：MLSS=8000-9000mg/L，MLVSS=5000-5500mg/L，pH=7-8。
说明书
一种电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置及方法
技术领域
本发明属于剩余污泥中氮磷的回收技术领域，具体涉及一种电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置及方法。
背景技术
目前城市污水厂多利用生物脱氮除磷技术实现氮磷的去除。磷是生命活动不可或缺的元素，也是造成水体富营养化的主导因素，亦是一种不可再生资源，其回收势在必行。生物除磷借助于聚磷菌的作用将污水中各种形态的磷转移到剩余污泥中，并最终通过排泥实现出水磷浓度的降低。本质上来讲，这只是磷的位置转移，水相转移到泥相。实现磷的真正去除则需要借助于化学方式，通过形成磷沉淀或者结晶来实现。对于氮的去除，主要借助于硝化和反硝化过程将各种形式的氮转化为N2排入大气，而这一过程中因微生物的作用而产生的中间产物N2O亦是一种温室气体。因此，需要寻求一种有效途径可去除污水中氮磷污染物并将其变废为宝。另外，脱氮除磷过程产生的剩余污泥也是一种二次污染物质，需要进行合理的处理与处置以降低其对环境的危害并减轻污水厂运行压力。
磷酸铵镁结晶法可通过控制溶液中镁离子、氨氮、磷酸根浓度及pH值形成难溶于水的白色晶体，即鸟粪石(MAP：MgNH4PO4.6H2O)，同步去除氮磷污染物。当溶液中Mg2+、NH4+、HnPO4n-3离子浓度积大于鸟粪石的溶度积常数(Ksp：7.58×10−14-4.36×10−13)时便会自发出现沉淀，该沉淀是一种很好的缓释肥，可直接作为肥料农用。
鸟粪石结晶通常在氮磷浓度较高的废水中形成，而剩余污泥厌氧消化过程中伴有高浓度的氨氮和磷的释放，可向其消化液中投加镁盐以形成鸟粪石沉淀。这一过程中需要通过监测消化液中氨氮和磷酸根浓度，并通过优化鸟粪石形成条件来控制反应过程，以提高镁盐的利用率和沉淀效果，过程繁琐。本发明利用电化学方法处理剩余污泥厌氧消化液，通过阴阳极电子的转移实现鸟粪石结晶的形成，无需额外投加镁离子试剂，且能耗低，效果好。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种设备结构简单且运行成本较低的电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置及方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的装置，其特征在于包括剩余污泥池、剩余污泥厌氧发酵池、发酵液沉淀池、电化学反应槽和贮水箱，其中剩余污泥池通过管道及剩余污泥投加泵与剩余污泥厌氧发酵池相连，剩余污泥厌氧发酵池上部的加药口通过管道及碱剂投加泵与碱剂储备罐相连，剩余污泥厌氧发酵池内设有搅拌器和pH计，剩余污泥厌氧发酵池通过管道及发酵排泥泵与发酵液沉淀池相连，发酵液沉淀池中的上清液经顶部溢流槽及管道排入电化学反应槽，发酵液沉淀池底部沉淀经排泥口排出，电化学反应槽内设有阳极镁棒和阴极碳棒，该阳极镁棒与阴极碳棒通过导线与直流稳压电源相连，电化学反应槽内的鸟粪石沉淀物经锥形沉淀区自由沉降至鸟粪石回收口进行鸟粪石回收，电化学反应槽中去除氮磷的上清液经顶部溢流槽及管道排入贮水箱。
进一步优选，所述碱剂储备罐中盛放有5mol/L的氢氧化钠溶液。
一种使用上述装置电化学沉淀回收剩余污泥中氮磷的方法，其特征在于具体步骤为：将剩余污泥池中的剩余污泥通过剩余污泥投加泵泵入剩余污泥厌氧发酵池中进行常温厌氧搅拌，控制剩余污泥SRT为10-12d，同时开启碱剂投加泵将碱剂储备罐中5mol/L的氢氧化钠溶液通过加药口泵入剩余污泥厌氧发酵池中，调节剩余污泥厌氧发酵池内物料的pH值为10±0.5，用于提高剩余污泥的破解效率;根据剩余污泥厌氧发酵池SRT定期通过发酵排泥泵排出部分发酵后污泥至发酵液沉淀池中进行固液分离，随后开启剩余污泥投加泵将与排出发酵后污泥等体积的新鲜剩余污泥从剩余污泥池泵入剩余污泥厌氧发酵池中进行厌氧消化;发酵液沉淀池中的上清液溢流排入电化学反应槽中，发酵液沉淀池下层泥渣通过排泥口排出;电化学反应槽内沿直径方向距离槽壁各1/4直径处分别悬挂阳极镁棒和阴极碳棒，该阳极镁棒与阴极碳棒通过导线与直流稳压电源相连，阳极镁棒失电子获得Mg2+，阴极碳棒得电子获得OH-，发酵液沉淀池上清液进入电化学反应槽提供了氨氮和磷，在电化学反应槽内的锥形沉淀区形成鸟粪石沉淀物并通过鸟粪石回收口进行鸟粪石回收，电化学反应槽中去除氮磷后的上清液溢流排入贮水箱。
进一步优选，所述剩余污泥池中剩余污泥的主要指标为：MLSS=8000-9000mg/L，MLVSS=5000-5500mg/L，pH=7-8。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明无需额外投加镁离子试剂，利用电化学原理形成鸟粪石以回收剩余污泥中的氮磷，降低运行成本，能耗较低，沉降物纯度较高;
2、本发明可与脱氮除磷系统联用，剩余污泥直接排入剩余污泥厌氧发酵池中进行处理，实现剩余污泥的减量化和资源化;
3、本发明中去除氮磷的消化液亦可作为脱氮除磷的碳源，减少外加碳源的投加，提高脱氮除磷系统的运行效果。