专利名称：一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理技术和资源回收技术领域，具体涉及一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的方法及其装置。
背景技术：
近年来，国家经济快速发展，工业化和城市化程度不断提高，我国水环境污染现象日益严重，水体富营养化问题日益频繁，而磷的过量排放是引起水体富营养化的主要因素，因此在污水排入自然水体之前一般都需要进行除磷处理。同时，磷是细胞内DNA，RNA和ATP的组成元素，在生命活动中扮演着十分重要的作用，对植物的生长具有不可替代的作用。然而，磷是一种不可再生资源，在过去的一个世纪里，人们开采磷矿石作为磷的主要来源，持续的高强度开采使得这种不可再生能源逐渐进入到不可持续水平，全球磷矿石开采量已逐渐减少，据报道，全球总储量仅够使用50-100年。活性污泥法目前广泛用于工业和生活污水的处理，但是活性污泥法中剩余污泥的产生及后续处理是其所面临的巨大问题。通常，填埋和焚烧是剩余污泥的最终处理方法。但是，由于污泥中含有大量的重金属组分，从而其附带的毒性会对周边环境造成不良影响，因而这两种处置方式不具有普适性，并且容易造成附近居民恐慌和反对。传统的生物除磷工艺虽然能去除污水中的磷，但是同时也会产生大量的富磷污泥，从富磷污泥中回收磷并加以利用是一项很有前景的工作，既可以缓解天然磷矿石的过度消耗和由于磷资源匮乏所可能导致的粮食危机，又可以解决当然污水处理过程中的大量剩余污泥的处置问题。一般来说，生物除磷工艺产生的剩余污泥比一般剩余污泥有着更高的含磷量，大约为3-7%。对于生物除磷工艺而言，磷大多数会以多磷酸盐(Poly-P)的形式存在于污泥中。从剩余污泥中回收磷，必要工作是开发一种稳定高效的释磷方式，将剩余污泥中所含的磷以可溶性磷·酸盐的形式释放到水中，得到高浓度磷酸盐溶液，然后从高浓度磷酸盐溶液中进行磷的回收。强化生物除磷过程是利用聚磷菌(PAOs)的特殊磷富集作用，最终通过富磷污泥的排除实现污水中磷的去除。聚磷菌有着非常特殊的代谢过程，在厌氧段，聚磷菌吸收有机碳源并以PHA的形式储存在体内，同时伴随着poly-P的分解和正磷酸盐的释放以提供能量，同时糖原的分解也提供一部分能量。在接下来的好氧段，聚磷菌过量吸收正磷酸盐重新形成多聚磷酸盐(Poly-P)，此过程中伴随着PHA的分解和糖原的重新合成。从聚磷菌的代谢过程中可以看出，在厌氧条件下，通过添加外加碳源可以使其释放出大量磷酸盐。如本实验室申请的公开号为CN103011511A的发明专利，就是利用添加外加碳源来回收磷。但是，由于微生物的代谢过程受到多种因素，比如碳源种类，温度，PH值等多种因素的影响，外加碳源释磷的方法并不十分稳定。因此，实现一种新型的诱导释磷方式，并将其与强化生物除磷过程耦合实现磷的回收和污泥减量是一项迫切需要开展的工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的新方法及其装置。为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案:一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的方法，其包括如下步骤:(I)按照序列间歇式处理活性污泥污水:所述处理方法包括在搅拌的条件下通入氧气和调节体系的PH值；所述反应原料为乙酸盐；(2)厌氧条件下加热处理步骤(I)所得泥水混合物；随后进行泥水分离，并进行磷回收。优选的，步骤(I)中所述处理过程是通过时间程序来控制反应体系的排水比、沉降时间和运行周期。进一步地，本发明提供了一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的装置，包括:进行序列间歇式活性污泥污水处理的主反应器，与主反应器连接进行热处理磷释放和回收的次反应器，与主反应器连接的时间程序控制装置、供水装置、排水装置、第一自动加药装置、搅拌装置和提供反应器内氧气的供氧装置，与次反应器连接的泥水分离装置、化学沉淀装置，所述化学沉淀装置还连接有第二自动加药装置，本发明还包括与次反应器连接的加热控温装置。优选的，所述次反应器设置在主反应器下游，其体积为主反应器体积的1/8。优选的，所述供氧装置包括与时间程序控制装置连接的气泵、设置在主反应器筒底内侧的砂芯曝气头，气源经气泵输送到砂芯曝气头进行曝气；所述气泵外侧设置转子流量计控制气流速度。优选的，所述主反应器内设置监测调节pH值的第一 pH电极，所述第一 pH电极与第一自动加药装置连接并将其PH值反馈给第一自动加药装置，第一自动加药装置根据第一 pH电极的检测数据调整加药数量。优选的，所述化学沉淀装置内设置监测调节pH值的第二 pH电极，所述第二 pH电极与第二自动加药装置连接并将其PH值反馈给第二自动加药装置，第二自动加药装置根据第二 PH电极的检测数据调整加药数量。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是:传统的强化生物除磷过程厌氧段除磷、好氧段过量吸磷，最终通过排泥达到磷的去除，并没有真正实现磷的回收。本发明通过在次反应器中进行加热处理，促使污泥释磷，得到高浓度磷浓缩液进入化学沉淀池实现磷的回收，污泥回流至主反应器。本发明提出的新方法中，磷的去除是通过高浓度磷浓缩液实现磷回收，而不是排除污泥，这样既减少了剩余污泥的排放，又实现了磷的回收。
本发明提出的通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的新方法，能大大拓宽现有强化生物除磷过程的应用范围，提高系统稳定性，同时还能减少污泥产生，降低时间和经济成本，降低系统能耗，促进强化生物除磷过程的工程化与规模化，此外，本发明还实现了磷的回收，相比于传统技术，有着更大的应用价值。
图1为本发明实施例强化生物除磷过程中通过热处理诱导释磷在不排泥的情况下实现磷回收系统的结构示意图。其中附图标记如下:9为主反应器；15为次反 应器；11为化学沉淀装置；14为泥水分离装置；18为加热控温装置；4为螺动泵；2为第一自动加药装置；7为第一 pH电极；17为搅拌装置；3为电磁阀；5为气泵；8为砂芯曝气头；6为转子流量计；1为时间程序控制器；13为第二自动加药装置；12为第二 pH电极。
具体实施例方式下面结合附图及其具体实施方式
详细介绍本发明。但本发明的保护方位并不局限于以下实例，应包含权利要求书中的全部内容。如图1所示，强化生物除磷过程中通过热处理诱导释磷在不排泥的情况下实现磷回收系统为SBR反应器，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的主反应器9，与主反应器连接进行热处理磷释放和回收的次反应器15，与主反应器连接的时间程序控制装置1、供水装置、排水装置、第一自动加药装置2、搅拌装置和提供反应器内氧气的供氧装置，与次反应器连接的泥水分离装置14、化学沉淀装置11，所述化学沉淀装置11还连接有第二自动加药装置13，还包括与次反应器连接的加热控温装置18。所述系统包括两个体积不同的主反应器9、次反应器15，和化学沉淀装置11。次反应器15设置在主反应器9下游，反应体积为主反应器的1/8。主反应器9外侧设置进水口和出水口，供水装置连入进水口，所述出水口连接排水装置。供氧装置包括与时间程序控制装置I连接的气泵5、设置在主反应器9筒底内侧的砂芯曝气头8，气源经气泵5输送到砂芯曝气头8进行曝气；气泵5外侧设置转子流量计6控制气流速度。供水装置包括与时间程序控制装置I连接的蠕动泵4，时间程序控制装置I通过蠕动泵4控制进水速度。排水装置包括与时间程序控制装置I连接的电磁阀3，时间程序控制装置I通过电磁阀3控制出水速度。搅拌装置包括与时间程序控制装置I连接的搅拌桨17，时间程序控制装置I通过电磁阀17控制出水速度。主反应器9内设置监测调节pH值的第一 pH电极7，第一 pH电极7与第一自动加药装置2连接并将其pH值反馈给第一自动加药装置2，第一自动加药装置2根据第一 PH电极7的检测数据调整加药数量。泥水混合物经蠕动泵10由主反应器9进入次反应器15。通过加热控温装置18对次反应器15中进行加热处理。泥水分离装置14为无纺布，经泥水分离后，污泥回流主反应器9，溶液进入化学沉淀装置11。化学沉淀装置11内设置监测调节pH值的第二 pH电极12，所述第二 pH电极12与第二自动加药装置13连接并将其PH值反馈给第二自动加药装置13，第二自动加药装置13根据第二 pH电极12的检测数据调整加药数量。系统以乙酸盐为原料，主反应器9按照进水、厌氧、好氧、沉淀、排水运行；次反应器15按照进泥、加热处理、泥水分离运行。主反应器9运行周期为4次/天，每周期6小时；次反应器15运行周期为I次/天，每周期I小时。好氧段结束前，1/8泥水混合物由主反应器9进入次反应器15，通过加热控温装置18对次反应器15进行加热操作。反应后在主反应器9好氧段开始前泥水分离后回流主反应器9。运行过程中，通过时间程序控制器I调节排水比、沉降时间和运行周期。
主反应器I反应体积为8L。主反应器器身不同高度处分别设有用于进水、出水和取样的出口。主反应器I总高度120cm，进水口、取样口和出水口分别设置在器身离底部30cm、60cm和90cm处。主反应器I通过时间控制程序自动控制和运行时间，进水采用蠕动泵泵入，主反应器I的出水由电磁阀控制，气泵5为反应器供氧并保障充分的搅拌。主反应器底部装有砂芯曝气头8使主反应器内曝气和流态更加均匀。次反应器15反应体积为1L，泥水混合物由蠕动泵从主反应器泵入后，加热处理，释磷完全后经泥水分离装置14，溶液进入化学沉淀池进行磷回收，污泥回流至主反应器I。泥水分离装置材质为无纺布。采用污水处理厂的活性污泥为接种污泥并进行驯化培养。驯化过程中反应器采用SBR操作，运行周期为4周期/天，每周期6小时，每次进水后水中COD控制在200mg/L左右,驯化完成后将污泥接入正式启动反应器。本实施例中上述反应器的运行操作过程如下:主反应器运行周期为360min，其中进水时间6min、厌氧时间124min、好氧160min、沉淀60min、排水IOmin运行。进水后主反应器内水中COD为180mg/L。次反应器运行周期为I次/天，每周期I小时。好氧段结束前，IL泥水混合物由主反应器进入次反应器，通过加热控温装置对其进行加热处理，温度控制在40-70°C，反应后在主反应器好氧段开始前泥水分离后回流主反应器，溶液进入化学沉淀池。化学沉淀池内pH控制在8.6，按Mg2+:P043_为1.6:1比例投加MgCl2。整个运行过程中，主反应器内磷去除效率为99%以上，MLSS维持在5200±100mg/L，进水中磷回收效率达到 87%。对比试验:
在相同条件下，采用外加碳源方法运行新模式实现磷回收时，由于外加碳源释磷受外在条件影响较大，每天释磷浓度变化也较大，释磷浓度在200-260mg/L之间波动，进而影响后续磷回收的统一操作，另外通过外加碳源添加不当也容易造成碳源的浪费和过多剩余污泥的产生。而采用热处理释磷具有更好的释磷稳定性，释磷浓度集中于220-240mg/L之间，更易于磷回收操作，也避免了不适当投加外加碳源所带来的不良影响，此外，次反应器14中的释磷时间从3小时(外加碳源)缩短到I小时(热处理)，这将增强整个回收工艺的灵活性和效率。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的方法，其包括如下步骤 (1)按照序列间歇式处理活性污泥污水所述处理方法包括在搅拌的条件下通入氧气和调节体系的PH值；所述反应原料为乙酸盐； (2)厌氧条件下加热处理步骤(I)所得泥水混合物；随后进行泥水分离，并进行磷回收。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(I)中所述处理过程是通过时间程序来控制反应体系的排水比、沉降时间和运行周期。
3.—种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的装置，包括进行序列间歇式活性污泥污水处理的主反应器，与主反应器连接进行热处理磷释放和回收的次反应器，与主反应器连接的时间程序控制装置、供水装置、排水装置、第一自动加药装置、搅拌装置和提供反应器内氧气的供氧装置，与次反应器连接的泥水分离装置、化学沉淀装置，所述化学沉淀装置还连接有第二自动加药装置，其特征在于，还包括与次反应器连接的加热控温装置。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述次反应器设置在主反应器下游，其体积为主反应器体积的1/8。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述供氧装置包括与时间程序控制装置连接的气泵、设置在主反应器筒底内侧的砂芯曝气头，气源经气泵输送到砂芯曝气头进行曝气；所述气泵外侧设置转子流量计控制气流速度。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主反应器内设置监测调节pH值的第一PH电极，所述第一 pH电极与第一自动加药装置连接并将其pH值反馈给第一自动加药装置，第一自动加药装置根据第一 PH电极的检测数据调整加药数量。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述化学沉淀装置内设置监测调节pH值的第二 PH电极，所述第二 pH电极与第二自动加药装置连接并将其pH值反馈给第二自动加药装置，第二自动加药装置根据第二 PH电极的检测数据调整加药数量。
全文摘要
本发明提供了一种通过热处理在强化生物除磷过程中实现磷回收的方法，其包括如下步骤(1)按照序列间歇式处理活性污泥污水所述处理方法包括在搅拌的条件下通入氧气和调节体系的pH值；所述反应原料包括乙酸盐；(2)厌氧条件下加热处理步骤(1)所得泥水混合物；随后进行泥水分离，并进行磷回收。本发明提出的新方法，能大大拓宽现有强化生物除磷过程的应用范围，提高系统稳定性，同时还能减少污泥产生，降低时间和经济成本，降低系统能耗，促进强化生物除磷过程的工程化与规模化，此外，本发明还实现了磷的回收，相比于传统技术，有着更大的应用价值。
文档编号C02F9/14GK103253826SQ201310169629
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者曾建雄, 夏成望, 马云杰, 陆勇泽, 申晓菲, 何佳 申请人:中国科学技术大学