專利名稱：一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)和資源回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
近年來，國家經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化程度不斷提高，我國水環(huán)境污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，水體富營養(yǎng)化問題日益頻繁，而磷的過量排放是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素，因此在污水排入自然水體之前一般都需要進(jìn)行除磷處理。同時，磷是細(xì)胞內(nèi)DNA，RNA和ATP的組成元素，在生命活動中扮演著十分重要的作用，對植物的生長具有不可替代的作用。然而，磷是一種不可再生資源，在過去的一個世紀(jì)里，人們開采磷礦石作為磷的主要來源，持續(xù)的高強度開采使得這種不可再生能源逐漸進(jìn)入到不可持續(xù)水平，全球磷礦石開采量已逐漸減少，據(jù)報道，全球總儲量僅夠使用50-100年?；钚晕勰喾壳皬V泛用于工業(yè)和生活污水的處理，但是活性污泥法中剩余污泥的產(chǎn)生及后續(xù)處理是其所面臨的巨大問題。通常，填埋和焚燒是剩余污泥的最終處理方法。但是，由于污泥中含有大量的重金屬組分，從而其附帶的毒性會對周邊環(huán)境造成不良影響，因而這兩種處置方式不具有普適性，并且容易造成附近居民恐慌和反對。傳統(tǒng)的生物除磷工藝雖然能去除污水中的磷，但是同時也會產(chǎn)生大量的富磷污泥，從富磷污泥中回收磷并加以利用是一項很有前景的工作，既可以緩解天然磷礦石的過度消耗和由于磷資源匱乏所可能導(dǎo)致的糧食危機，又可以解決當(dāng)然污水處理過程中的大量剩余污泥的處置問題。一般來說，生物除磷工藝產(chǎn)生的剩余污泥比一般剩余污泥有著更高的含磷量，大約為3-7%。對于生物除磷工藝而言，磷大多數(shù)會以多磷酸鹽(Poly-P)的形式存在于污泥中。從剩余污泥中回收磷，必要工作是開發(fā)一種穩(wěn)定高效的釋磷方式，將剩余污泥中所含的磷以可溶性磷·酸鹽的形式釋放到水中，得到高濃度磷酸鹽溶液，然后從高濃度磷酸鹽溶液中進(jìn)行磷的回收。強化生物除磷過程是利用聚磷菌(PAOs)的特殊磷富集作用，最終通過富磷污泥的排除實現(xiàn)污水中磷的去除。聚磷菌有著非常特殊的代謝過程，在厭氧段，聚磷菌吸收有機碳源并以PHA的形式儲存在體內(nèi)，同時伴隨著poly-P的分解和正磷酸鹽的釋放以提供能量，同時糖原的分解也提供一部分能量。在接下來的好氧段，聚磷菌過量吸收正磷酸鹽重新形成多聚磷酸鹽(Poly-P)，此過程中伴隨著PHA的分解和糖原的重新合成。從聚磷菌的代謝過程中可以看出，在厭氧條件下，通過添加外加碳源可以使其釋放出大量磷酸鹽。如本實驗室申請的公開號為CN103011511A的發(fā)明專利，就是利用添加外加碳源來回收磷。但是，由于微生物的代謝過程受到多種因素，比如碳源種類，溫度，PH值等多種因素的影響，外加碳源釋磷的方法并不十分穩(wěn)定。因此，實現(xiàn)一種新型的誘導(dǎo)釋磷方式，并將其與強化生物除磷過程耦合實現(xiàn)磷的回收和污泥減量是一項迫切需要開展的工作。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的新方法及其裝置。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的方法，其包括如下步驟:(I)按照序列間歇式處理活性污泥污水:所述處理方法包括在攪拌的條件下通入氧氣和調(diào)節(jié)體系的PH值；所述反應(yīng)原料為乙酸鹽；(2)厭氧條件下加熱處理步驟(I)所得泥水混合物；隨后進(jìn)行泥水分離，并進(jìn)行磷回收。優(yōu)選的，步驟(I)中所述處理過程是通過時間程序來控制反應(yīng)體系的排水比、沉降時間和運行周期。進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的裝置，包括:進(jìn)行序列間歇式活性污泥污水處理的主反應(yīng)器，與主反應(yīng)器連接進(jìn)行熱處理磷釋放和回收的次反應(yīng)器，與主反應(yīng)器連接的時間程序控制裝置、供水裝置、排水裝置、第一自動加藥裝置、攪拌裝置和提供反應(yīng)器內(nèi)氧氣的供氧裝置，與次反應(yīng)器連接的泥水分離裝置、化學(xué)沉淀裝置，所述化學(xué)沉淀裝置還連接有第二自動加藥裝置，本發(fā)明還包括與次反應(yīng)器連接的加熱控溫裝置。優(yōu)選的，所述次反應(yīng)器設(shè)置在主反應(yīng)器下游，其體積為主反應(yīng)器體積的1/8。優(yōu)選的，所述供氧裝置包括與時間程序控制裝置連接的氣泵、設(shè)置在主反應(yīng)器筒底內(nèi)側(cè)的砂芯曝氣頭，氣源經(jīng)氣泵輸送到砂芯曝氣頭進(jìn)行曝氣；所述氣泵外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子流量計控制氣流速度。優(yōu)選的，所述主反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置監(jiān)測調(diào)節(jié)pH值的第一 pH電極，所述第一 pH電極與第一自動加藥裝置連接并將其PH值反饋給第一自動加藥裝置，第一自動加藥裝置根據(jù)第一 pH電極的檢測數(shù)據(jù)調(diào)整加藥數(shù)量。優(yōu)選的，所述化學(xué)沉淀裝置內(nèi)設(shè)置監(jiān)測調(diào)節(jié)pH值的第二 pH電極，所述第二 pH電極與第二自動加藥裝置連接并將其PH值反饋給第二自動加藥裝置，第二自動加藥裝置根據(jù)第二 PH電極的檢測數(shù)據(jù)調(diào)整加藥數(shù)量。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點是:傳統(tǒng)的強化生物除磷過程厭氧段除磷、好氧段過量吸磷，最終通過排泥達(dá)到磷的去除，并沒有真正實現(xiàn)磷的回收。本發(fā)明通過在次反應(yīng)器中進(jìn)行加熱處理，促使污泥釋磷，得到高濃度磷濃縮液進(jìn)入化學(xué)沉淀池實現(xiàn)磷的回收，污泥回流至主反應(yīng)器。本發(fā)明提出的新方法中，磷的去除是通過高濃度磷濃縮液實現(xiàn)磷回收，而不是排除污泥，這樣既減少了剩余污泥的排放，又實現(xiàn)了磷的回收。

本發(fā)明提出的通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的新方法，能大大拓寬現(xiàn)有強化生物除磷過程的應(yīng)用范圍，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時還能減少污泥產(chǎn)生，降低時間和經(jīng)濟成本，降低系統(tǒng)能耗，促進(jìn)強化生物除磷過程的工程化與規(guī)?；?，此外，本發(fā)明還實現(xiàn)了磷的回收，相比于傳統(tǒng)技術(shù)，有著更大的應(yīng)用價值。


圖1為本發(fā)明實施例強化生物除磷過程中通過熱處理誘導(dǎo)釋磷在不排泥的情況下實現(xiàn)磷回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中附圖標(biāo)記如下:9為主反應(yīng)器；15為次反 應(yīng)器；11為化學(xué)沉淀裝置；14為泥水分離裝置；18為加熱控溫裝置；4為螺動泵；2為第一自動加藥裝置；7為第一 pH電極；17為攪拌裝置；3為電磁閥；5為氣泵；8為砂芯曝氣頭；6為轉(zhuǎn)子流量計；1為時間程序控制器；13為第二自動加藥裝置；12為第二 pH電極。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及其具體實施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。但本發(fā)明的保護方位并不局限于以下實例，應(yīng)包含權(quán)利要求書中的全部內(nèi)容。如圖1所示，強化生物除磷過程中通過熱處理誘導(dǎo)釋磷在不排泥的情況下實現(xiàn)磷回收系統(tǒng)為SBR反應(yīng)器，包括進(jìn)行序列間歇式活性污泥污水處理的主反應(yīng)器9，與主反應(yīng)器連接進(jìn)行熱處理磷釋放和回收的次反應(yīng)器15，與主反應(yīng)器連接的時間程序控制裝置1、供水裝置、排水裝置、第一自動加藥裝置2、攪拌裝置和提供反應(yīng)器內(nèi)氧氣的供氧裝置，與次反應(yīng)器連接的泥水分離裝置14、化學(xué)沉淀裝置11，所述化學(xué)沉淀裝置11還連接有第二自動加藥裝置13，還包括與次反應(yīng)器連接的加熱控溫裝置18。所述系統(tǒng)包括兩個體積不同的主反應(yīng)器9、次反應(yīng)器15，和化學(xué)沉淀裝置11。次反應(yīng)器15設(shè)置在主反應(yīng)器9下游，反應(yīng)體積為主反應(yīng)器的1/8。主反應(yīng)器9外側(cè)設(shè)置進(jìn)水口和出水口，供水裝置連入進(jìn)水口，所述出水口連接排水裝置。供氧裝置包括與時間程序控制裝置I連接的氣泵5、設(shè)置在主反應(yīng)器9筒底內(nèi)側(cè)的砂芯曝氣頭8，氣源經(jīng)氣泵5輸送到砂芯曝氣頭8進(jìn)行曝氣；氣泵5外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子流量計6控制氣流速度。供水裝置包括與時間程序控制裝置I連接的蠕動泵4，時間程序控制裝置I通過蠕動泵4控制進(jìn)水速度。排水裝置包括與時間程序控制裝置I連接的電磁閥3，時間程序控制裝置I通過電磁閥3控制出水速度。攪拌裝置包括與時間程序控制裝置I連接的攪拌槳17，時間程序控制裝置I通過電磁閥17控制出水速度。主反應(yīng)器9內(nèi)設(shè)置監(jiān)測調(diào)節(jié)pH值的第一 pH電極7，第一 pH電極7與第一自動加藥裝置2連接并將其pH值反饋給第一自動加藥裝置2，第一自動加藥裝置2根據(jù)第一 PH電極7的檢測數(shù)據(jù)調(diào)整加藥數(shù)量。泥水混合物經(jīng)蠕動泵10由主反應(yīng)器9進(jìn)入次反應(yīng)器15。通過加熱控溫裝置18對次反應(yīng)器15中進(jìn)行加熱處理。泥水分離裝置14為無紡布，經(jīng)泥水分離后，污泥回流主反應(yīng)器9，溶液進(jìn)入化學(xué)沉淀裝置11?；瘜W(xué)沉淀裝置11內(nèi)設(shè)置監(jiān)測調(diào)節(jié)pH值的第二 pH電極12，所述第二 pH電極12與第二自動加藥裝置13連接并將其PH值反饋給第二自動加藥裝置13，第二自動加藥裝置13根據(jù)第二 pH電極12的檢測數(shù)據(jù)調(diào)整加藥數(shù)量。系統(tǒng)以乙酸鹽為原料，主反應(yīng)器9按照進(jìn)水、厭氧、好氧、沉淀、排水運行；次反應(yīng)器15按照進(jìn)泥、加熱處理、泥水分離運行。主反應(yīng)器9運行周期為4次/天，每周期6小時；次反應(yīng)器15運行周期為I次/天，每周期I小時。好氧段結(jié)束前，1/8泥水混合物由主反應(yīng)器9進(jìn)入次反應(yīng)器15，通過加熱控溫裝置18對次反應(yīng)器15進(jìn)行加熱操作。反應(yīng)后在主反應(yīng)器9好氧段開始前泥水分離后回流主反應(yīng)器9。運行過程中，通過時間程序控制器I調(diào)節(jié)排水比、沉降時間和運行周期。
主反應(yīng)器I反應(yīng)體積為8L。主反應(yīng)器器身不同高度處分別設(shè)有用于進(jìn)水、出水和取樣的出口。主反應(yīng)器I總高度120cm，進(jìn)水口、取樣口和出水口分別設(shè)置在器身離底部30cm、60cm和90cm處。主反應(yīng)器I通過時間控制程序自動控制和運行時間，進(jìn)水采用蠕動泵泵入，主反應(yīng)器I的出水由電磁閥控制，氣泵5為反應(yīng)器供氧并保障充分的攪拌。主反應(yīng)器底部裝有砂芯曝氣頭8使主反應(yīng)器內(nèi)曝氣和流態(tài)更加均勻。次反應(yīng)器15反應(yīng)體積為1L，泥水混合物由蠕動泵從主反應(yīng)器泵入后，加熱處理，釋磷完全后經(jīng)泥水分離裝置14，溶液進(jìn)入化學(xué)沉淀池進(jìn)行磷回收，污泥回流至主反應(yīng)器I。泥水分離裝置材質(zhì)為無紡布。采用污水處理廠的活性污泥為接種污泥并進(jìn)行馴化培養(yǎng)。馴化過程中反應(yīng)器采用SBR操作，運行周期為4周期/天，每周期6小時，每次進(jìn)水后水中COD控制在200mg/L左右,馴化完成后將污泥接入正式啟動反應(yīng)器。本實施例中上述反應(yīng)器的運行操作過程如下:主反應(yīng)器運行周期為360min，其中進(jìn)水時間6min、厭氧時間124min、好氧160min、沉淀60min、排水IOmin運行。進(jìn)水后主反應(yīng)器內(nèi)水中COD為180mg/L。次反應(yīng)器運行周期為I次/天，每周期I小時。好氧段結(jié)束前，IL泥水混合物由主反應(yīng)器進(jìn)入次反應(yīng)器，通過加熱控溫裝置對其進(jìn)行加熱處理，溫度控制在40-70°C，反應(yīng)后在主反應(yīng)器好氧段開始前泥水分離后回流主反應(yīng)器，溶液進(jìn)入化學(xué)沉淀池?；瘜W(xué)沉淀池內(nèi)pH控制在8.6，按Mg2+:P043_為1.6:1比例投加MgCl2。整個運行過程中，主反應(yīng)器內(nèi)磷去除效率為99%以上，MLSS維持在5200±100mg/L，進(jìn)水中磷回收效率達(dá)到 87%。對比試驗:
在相同條件下，采用外加碳源方法運行新模式實現(xiàn)磷回收時，由于外加碳源釋磷受外在條件影響較大，每天釋磷濃度變化也較大，釋磷濃度在200-260mg/L之間波動，進(jìn)而影響后續(xù)磷回收的統(tǒng)一操作，另外通過外加碳源添加不當(dāng)也容易造成碳源的浪費和過多剩余污泥的產(chǎn)生。而采用熱處理釋磷具有更好的釋磷穩(wěn)定性，釋磷濃度集中于220-240mg/L之間，更易于磷回收操作，也避免了不適當(dāng)投加外加碳源所帶來的不良影響，此外，次反應(yīng)器14中的釋磷時間從3小時(外加碳源)縮短到I小時(熱處理)，這將增強整個回收工藝的靈活性和效率。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的方法，其包括如下步驟 (1)按照序列間歇式處理活性污泥污水所述處理方法包括在攪拌的條件下通入氧氣和調(diào)節(jié)體系的PH值；所述反應(yīng)原料為乙酸鹽； (2)厭氧條件下加熱處理步驟(I)所得泥水混合物；隨后進(jìn)行泥水分離，并進(jìn)行磷回收。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述處理過程是通過時間程序來控制反應(yīng)體系的排水比、沉降時間和運行周期。
3.—種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的裝置，包括進(jìn)行序列間歇式活性污泥污水處理的主反應(yīng)器，與主反應(yīng)器連接進(jìn)行熱處理磷釋放和回收的次反應(yīng)器，與主反應(yīng)器連接的時間程序控制裝置、供水裝置、排水裝置、第一自動加藥裝置、攪拌裝置和提供反應(yīng)器內(nèi)氧氣的供氧裝置，與次反應(yīng)器連接的泥水分離裝置、化學(xué)沉淀裝置，所述化學(xué)沉淀裝置還連接有第二自動加藥裝置，其特征在于，還包括與次反應(yīng)器連接的加熱控溫裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述次反應(yīng)器設(shè)置在主反應(yīng)器下游，其體積為主反應(yīng)器體積的1/8。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述供氧裝置包括與時間程序控制裝置連接的氣泵、設(shè)置在主反應(yīng)器筒底內(nèi)側(cè)的砂芯曝氣頭，氣源經(jīng)氣泵輸送到砂芯曝氣頭進(jìn)行曝氣；所述氣泵外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子流量計控制氣流速度。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述主反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置監(jiān)測調(diào)節(jié)pH值的第一PH電極，所述第一 pH電極與第一自動加藥裝置連接并將其pH值反饋給第一自動加藥裝置，第一自動加藥裝置根據(jù)第一 PH電極的檢測數(shù)據(jù)調(diào)整加藥數(shù)量。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述化學(xué)沉淀裝置內(nèi)設(shè)置監(jiān)測調(diào)節(jié)pH值的第二 PH電極，所述第二 pH電極與第二自動加藥裝置連接并將其pH值反饋給第二自動加藥裝置，第二自動加藥裝置根據(jù)第二 PH電極的檢測數(shù)據(jù)調(diào)整加藥數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過熱處理在強化生物除磷過程中實現(xiàn)磷回收的方法，其包括如下步驟(1)按照序列間歇式處理活性污泥污水所述處理方法包括在攪拌的條件下通入氧氣和調(diào)節(jié)體系的pH值；所述反應(yīng)原料包括乙酸鹽；(2)厭氧條件下加熱處理步驟(1)所得泥水混合物；隨后進(jìn)行泥水分離，并進(jìn)行磷回收。本發(fā)明提出的新方法，能大大拓寬現(xiàn)有強化生物除磷過程的應(yīng)用范圍，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時還能減少污泥產(chǎn)生，降低時間和經(jīng)濟成本，降低系統(tǒng)能耗，促進(jìn)強化生物除磷過程的工程化與規(guī)模化，此外，本發(fā)明還實現(xiàn)了磷的回收，相比于傳統(tǒng)技術(shù)，有著更大的應(yīng)用價值。
文檔編號C02F9/14GK103253826SQ201310169629
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者曾建雄, 夏成望, 馬云杰, 陸勇澤, 申曉菲, 何佳 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)