申请日2015.01.09
公开(公告)日2015.05.13
IPC分类号C01B25/26; C02F9/14
摘要
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及废水中磷的去除和回收系统及方法。本发明的技术方案为：一种废水中磷的去除和回收系统，包括生物滤池I、生物滤池Ⅱ、结晶池和固液分离装置，本发明还提供了一种废水中磷的去除和回收方法，该技术方案利用超声作用协同缺氧/好氧交替生物滤池，耦合超声结晶除磷和缺氧/好氧生物滤池除磷技术，不仅进一步提高了除磷效率，而且能够直接简易的回收废水中的磷酸盐，同时解决了现阶段普通工艺除磷效果不达标的问题。
权利要求书
1.一种废水中磷的去除和回收系统，其特征在于：包括生物滤池I、生物滤池Ⅱ、结晶池和固液分离装置，进水管分别与生物滤池Ⅰ和生物滤池Ⅱ连接，在靠近生物滤池Ⅰ的进水管上有第一控制阀门，在靠近生物滤池Ⅱ的进水管上有第二控制阀门;生物滤池Ⅰ和结晶池通过管路连接，在管路上有第五控制阀门，生物滤池Ⅱ和结晶池通过管路连接，在管路上有第六控制阀门;结晶池的下部有加药口，结晶池通过管道与固液分离装置的底端连接;生物滤池Ⅰ进水口通过管道与固液分离装置连接，在管道上有第七控制阀门;生物滤池Ⅱ进水口通过管道与固液分离装置连接，在管道上有第八控制阀门。
2.根据权利要求1所述的废水中磷的去除和回收系统，其特征在于：所述生物滤池Ⅰ下部有曝气接口I，上部有出水口I，出水口I管路上有第三控制阀门。
3.根据权利要求1所述的废水中磷的去除和回收系统，其特征在于：所述生物滤池Ⅱ下部有曝气接口Ⅱ，上部有出水口Ⅱ，出水口Ⅱ上有第四控制阀门。
4.根据权利要求1所述的废水中磷的去除和回收系统，其特征在于：所述加药口距离结晶池底端200mm处。
5.一种废水中磷的去除和回收方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)对生物滤池Ⅰ和生物滤池Ⅱ进行自然挂膜，自然挂膜成功后，两组生物滤池中含有丰富的聚磷细菌;
(2)废水从进水管流入生物滤池Ⅰ，关闭生物滤池I曝气接口，生物滤池Ⅰ为厌氧生物滤池，生物滤池Ⅰ的溶解氧含量小于0.5mg/L，pH控制在7.5-8.0，温度在18-30℃，水力停留时间2h，COD容积负荷在90-120g/(m3滤料·d)进行释磷处理过程;
(3)步骤(2)处理后的废水流入结晶池进行结晶反应过程，向结晶反应池中添加药剂，环境pH为7.5-8.0，药剂和废水在结晶池内充分混合，对结晶池的废水施加150w/L的超声功率，水力停留时间控制为1h;
(4)步骤(3)处理后的废水流入固液分离装置，晶体继续生长，沉淀时间为6h，晶体沉淀于固液分离装置底部，每3个运行周期排出积累晶体;
(5)步骤(4)排出的废水流入生物滤池Ⅱ，打开生物滤池Ⅱ曝气接口，调节生物滤池Ⅱ为好氧生物滤池，其溶解氧含量3-5mg/L， pH=7.1-7.8，水力停留时间为2h，温度为18-30℃，进行吸磷处理过程，经吸磷处理后的废水达到排放标准，废水排出。
6.根据权利要求5所述的一种废水中磷的去除和回收方法，其特征在于:还包括如下步骤：
(a)当生物滤池Ⅱ中的聚磷细菌吸磷饱和后，出水磷浓度升高，将生物滤池Ⅱ调节为厌氧生物滤池，将生物滤池Ⅰ调节为好氧生物滤池;
(b)废水从进水管流入生物滤池Ⅱ，生物滤池Ⅱ的溶解氧含量小于0.5mg/L，pH控制在7.5-8.0，温度在18-30℃，水力停留时间2h，COD容积负荷在90-120g/(m3滤料·d)进行释磷处理过程;
(c)步骤(b)处理后的废水流入结晶池进行结晶反应过程，向结晶反应池中添加药剂，环境pH为7.5-8.0，药剂和废水在结晶池内充分混合，对结晶池的废水施加150w/L的超声功率，水力停留时间控制为1h;
(d)步骤(c)处理后的废水流入固液分离装置，晶体继续生长，沉淀时间为6h，晶体沉淀于固液分离装置底部，每3个运行周期排出积累晶体;
(e)步骤(d)排出的废水流入生物滤池I，生物滤池IR的溶解氧含量3-5mg/L， pH=7.1-7.8，水力停留时间为2h，温度为18-30℃，进行吸磷处理过程，经吸磷处理后的废水达到排放标准，废水排出;
当生物滤池I中的聚磷细菌吸磷饱和后，出水磷浓度升高，将生物滤池I调节为厌氧生物滤池，将生物滤池Ⅱ调节为好氧生物滤池，重复权利要求5的步骤(2)至(5)。
7.根据权利要求5所述的一种废水中磷的去除和回收方法，其特征在于：所述步骤(3)中所添加的药剂为镁盐，镁盐和磷的摩尔比为1.0:1.0-1.0:3.0。
8.根据权利要求6所述的一种废水中磷的去除和回收方法，其特征在于：所述步骤(c)中所添加的药剂为镁盐，镁盐和磷的摩尔比为1.0:1.0-1.0:3.0。
9. 根据权利要求6所述的一种废水中磷的去除和回收方法，其特征在于:所述将生物滤池Ⅱ调节为厌氧生物滤池，即是把生物滤池Ⅱ曝气接口关闭，所述将生物滤池Ⅰ调节为好氧生物滤池，即是把生物滤池I曝气接口打开。
说明书
废水中磷的去除和回收系统及方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及废水中磷的去除和回收系统及方法。
背景技术
磷是地球上一种不可自然再生的资源，是农业生产中不可或缺的重要肥料之一。由于近年来磷矿石的大量开采和自然侵蚀，地球上的磷矿石大概只能够使用100~250年(European Fertilizer Manufacturers Association, 2000)，中国的磷矿石储量大概只够使用46年(沈巍，发表在《经济研究导刊》，2012年第5期)。另一方面，由于现在大量的含磷废水排放，造成水体的严重富营养化，不仅使环境污染严重，而且造成大量的磷资源浪费。因此，如何有效的去除和回收废水中的磷，不论是对防止水体富营养化还是缓解磷资源短缺都有重要意义。
现阶段常用废水除磷和回收磷的技术有化学凝聚沉淀法、生物法和结晶法。化学凝聚沉淀法除磷主要是利用废水中的磷和铁盐、钙盐、镁盐等其他金属离子形成难溶的沉淀物质以达到去除磷的目的。生物法除磷主要是利用聚磷菌在好氧环境下能摄取磷的生物特性来达到去除磷的目的，聚磷菌(Polyphosphate Accumulating Organisms，PAOs)在厌氧和好氧环境中表现出不同生物活性，在厌氧环境下，聚磷菌以挥发性脂肪酸为碳源，合成PHAs贮存于体内保存能量，并释放体内原先储存的磷，但在好氧条件下，聚磷菌通过分解体内贮存的PHAs获得能量，过量的吸收废水中磷贮存于自身体内，最后通过排放富磷污泥来达到去除磷的目的。化学法除磷虽然效率较高，利用足够的药剂能达到一级A排放标准《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》的排放标准。但是化学法需要消耗大量的化学药剂，运行成本较高。同时产生的化学污泥成分复杂，处置困难，易造成二次污染。生物法相比化学法较为经济实用，但是生物除磷法稳定性较差，单纯通过生物法很难达到排放标准。同时无论是化学法还是生物法去除的磷都很难回收，无法实现磷资源的回收利用，不符合社会主义可持续发展的目的。结晶法是目前公认能够有效去除和回收磷资源的技术手段(De-Bashan L.E., Bashan Y，发表在《Water Research》， 2004年第38卷19期)。结晶法主要通过控制一定反应条件，如pH，温度，离子条件等，使废水中的磷和特定的离子形成具有一定晶型的化合物。如磷酸铵镁，羟基磷灰石等，已达到去除和回收废水中磷的目的。近年来，许多国家已经将结晶除磷用于实际生产中，但结晶除磷面临的一些问题仍没有很好的解决，如结晶反应的药剂成本过高，如何回收低浓度的磷等。
另外，超声技术集空化作用，高温热解、高级氧化和超临界氧化等多种作用一身，在水处理领域取得了一定研究成果。邱泰球等研究表明：在超声作用下，结晶成核可以在低饱和度实现，同时超声条件下形成的晶核比其他方法得到的晶核更加均匀，完整，晶粒的尺寸分布范围较窄，而且超声还可以减弱分子间的作用力，降低溶液粘度，使结晶所需的离子浓度降低，得到更均匀的晶体。
综述所述，目前探求一种能有效的去除和回收废水中的磷的处理工艺已成为迫切需要解决的问题。结合现在对于废水除磷和回收磷方面技术上不足，和超声对结晶的促进作用，而且利用超声协同生物作用去除和回收磷的处理工艺的研究仍为一空白区域，未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种废水中磷的去除和回收系统和方法，该技术方案利用超声作用协同缺氧/好氧交替生物滤池，耦合超声结晶除磷和缺氧/好氧生物滤池除磷技术，不仅进一步提高了除磷效率，而且能够直接简易的回收废水中的磷酸盐，同时解决了现阶段普通工艺除磷效果不达标的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种废水中磷的去除和回收系统，包括生物滤池I、生物滤池Ⅱ、结晶池和固液分离装置，进水管分别与生物滤池Ⅰ和生物滤池Ⅱ连接，在靠近生物滤池Ⅰ的进水管上有第一控制阀门，在靠近生物滤池Ⅱ的进水管上有第二控制阀门;生物滤池Ⅰ和结晶池通过管路连接，在管路上有第五控制阀门，生物滤池Ⅱ和结晶池通过管路连接，在管路上有第六控制阀门;结晶池的下部有加药口，结晶池通过管道与固液分离装置的底端连接，固液分离装置为内部中空的圆筒;生物滤池Ⅰ进水口通过管道与固液分离装置连接，在管道上有第七控制阀门;生物滤池Ⅱ进水口通过管道与固液分离装置连接，在管道上有第八控制阀门。
本发明所述生物滤池Ⅰ下部有曝气接口I，上部有出水口I，出水口I管路上有第三控制阀门。所述生物滤池Ⅱ下部有曝气接口Ⅱ，上部有出水口Ⅱ，出水口Ⅱ上有第四控制阀门。所述加药口距离结晶池底端200mm处。
一种废水中磷的去除和回收方法，包括如下步骤：
(1)对生物滤池Ⅰ和生物滤池Ⅱ进行自然挂膜，自然挂膜成功后，两组生物滤池中含有丰富的聚磷细菌;(2)废水从进水管流入生物滤池Ⅰ，关闭生物滤池I曝气接口，生物滤池Ⅰ为厌氧生物滤池，生物滤池Ⅰ的溶解氧含量小于0.5mg/L，pH控制在7.5-8.0，温度在18-30℃，水力停留时间2h，COD容积负荷在90-120g/(m3滤料·d)进行释磷处理过程;
(3)步骤(2)处理后的废水流入结晶池进行结晶反应过程，向结晶反应池中添加药剂，添加的药剂为镁盐，镁盐和磷的摩尔比为1.0:1.0-1.0:3.0，环境pH为7.5-8.0，药剂和废水在结晶池内充分混合，对结晶池的废水施加150w/L的超声功率，水力停留时间控制为1h;由于超声机械剪力和空化作用，废水中磷结合化学药剂可以在较低的浓度下形成磷酸盐结晶。较一般的化学结晶反应，不仅节约了化学药剂同时缩短了反应时间，且晶体生长速度加快，产生的晶体晶型分布更加均匀，更利于回收。
(4)步骤(3)处理后的废水流入固液分离装置，晶体继续生长，沉淀时间为6h，晶体沉淀于固液分离装置底部，在固液分离装置中由于离子碰撞和网捕作用会使晶体继续生长，晶体沉淀于固液分离装置底部，每3个运行周期排出积累晶体;
(5)步骤(4)排出的废水流入生物滤池Ⅱ，打开生物滤池Ⅱ曝气接口，调节生物滤池Ⅱ为好氧生物滤池，其溶解氧含量3-5mg/L， pH=7.1-7.8，水力停留时间为2h，温度为18-30℃，进行吸磷处理过程，经吸磷处理后的废水达到排放标准，废水排出。
本发明的废水中磷的去除和回收方法，还包括如下步骤：
(a)当生物滤池Ⅱ中的聚磷细菌吸磷饱和后，出水磷浓度升高，把生物滤池Ⅱ曝气接口关闭，将生物滤池Ⅱ调节为厌氧生物滤池，把生物滤池I曝气接口打开，将生物滤池Ⅰ调节为好氧生物滤池;
(b)废水从进水管流入生物滤池Ⅱ，生物滤池Ⅱ的溶解氧含量小于0.5mg/L，pH控制在7.5-8.0，温度在18-30℃，水力停留时间2h，COD容积负荷在90-120g/(m3滤料·d)进行释磷处理过程;
(c)步骤(b)处理后的废水流入结晶池进行结晶反应过程，向结晶反应池中添加药剂，添加的药剂为镁盐，镁盐和磷的摩尔比为1.0:1.0-1.0:3.0，环境pH为7.5-8.0，药剂和废水在结晶池内充分混合，对结晶池的废水施加150w/L的超声功率，水力停留时间控制为1h;
(d)步骤(c)处理后的废水流入固液分离装置，晶体继续生长，沉淀时间为6h，晶体沉淀于固液分离装置底部，每3个运行周期排出积累晶体;
(e)步骤(d)排出的废水流入生物滤池I，生物滤池I的溶解氧含量3-5mg/L， pH=7.1-7.8，水力停留时间为2h，温度为18-30℃，进行吸磷处理过程，经吸磷处理后的废水达到排放标准，废水排出;
当生物滤池I中的聚磷细菌吸磷饱和后，出水磷浓度升高，将生物滤池I调节为厌氧生物滤池，将生物滤池Ⅱ调节为好氧生物滤池，重复步骤(2)至(5)。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的处理工艺，利用超声作用协同缺氧/好氧交替生物滤池，耦合超声结晶除磷和缺氧/好氧生物滤池除磷技术，不仅进一步提高了除磷效率，而且能够直接简易的回收废水中的磷酸盐，同时解决了现阶段普通工艺除磷效果不达标的问题。经过组合工艺处理的后废水，出水磷浓度小于0.5mg/L，能达到一级A的排放标准《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》。而且利用超声促进废水磷的结晶，使溶液能够在降低离子浓度下发生结晶，减少药剂投加量，降低工艺成本。同时提高了磷酸盐在低浓度离子条件的结晶速率，产生的晶体更加均匀，晶体更利于回收。本发明在A/O生物滤池的基础上，耦合超声结晶技术，在滤池外结晶直接回收，解决了结晶在滤池内发生易造成滤池板结的问题，而且使结晶能在低浓度下发生，降低了药剂投加量，降低运行成本，同时能缩短结晶时间，促进晶体生长，是反应过程更节能，更利于回收结晶产物。所以本发明是一种新型节能的环境友好型处理工艺。