一种化学深度除磷处理废水的方法与流程

文档序号:13792102阅读:320来源:国知局
一种化学深度除磷处理废水的方法与流程
本发明涉及一种化学除磷的方法,更具体地涉及一种化学深度除磷处理废水的方法。
背景技术
:磷作为水体富营养化最主要贡献营养物质,越来越受到人们的关注,磷在水体中过量存在,就会进一步加剧水体富营养化。许多行业和地方标准已将磷作为一项重要的污水排放指标加以限制。目前石油炼制及石油化工行业以及一些地方排放标准已将磷纳入排放标准中,要求排水中总磷含量小于0.50mg/l,随着人类对环境的不断重视,排放标准也将不断提高。目前,常用的除磷工艺主要有生物除磷、化学除磷。单纯的生物除磷效果有限,而且对于不具可生化性的废水(如循环排污水)也无法采用生物除磷的方法。化学除磷能始终可靠而有效地去除磷。化学除磷是通过化学沉析过程形成磷酸盐沉淀而完成的,是自然界磷酸盐沉析的人为强化。化学除磷是向污水中人为投加除磷剂(金属盐药剂)与污水中溶解性的磷(磷酸盐)混合后,形成颗粒状、非溶解性的难溶沉淀物而从水中析出的过程。常用的除磷剂有铁盐、铝盐和石灰。化学除磷的影响因素主要有除磷剂投加量、反应ph值,以及作为辅助除磷时的投药点等。很显然,除磷剂投加量越多,处理效果越好,但除磷剂投加量与处理效果并不成正比。当要求出水总磷(tp)浓度为0.50~1.00mg/l时,典型的金属投加量范围为1.0~2.0mol金属盐/mol去除磷,要求出水tp浓度低于0.50mg/l时,所需投加量明显增大。目前已有的化学除磷工艺为:混凝-沉淀-过滤,此种工艺药剂投加量大,占地大,产泥量高,出水中总磷含量还很难达到较低水平。技术实现要素:针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种化学深度除磷处理废水的方法,本发明能够替代现有的化学除磷工艺,解决其药剂(除磷剂)投加量大,占地大,产泥量高等问题,产水水质远远优于现有工艺的产水水质,产水中总磷含量可低于0.50mg/l,悬浮物小于1mg/l。为达到以上目的,本发明采取的技术方案是:一种化学深度除磷处理废水的方法,包括如下步骤:1)待处理含磷废水进入混凝单元,投加除磷剂,并通过絮凝反应去除悬浮物、胶体及磷;所述投加除磷剂至少分两次进行,每次投加除磷剂后先搅拌混凝,再进行下一次投加;2)步骤1)的出水进入助凝单元,投加助凝剂,搅拌混合形成絮体;3)步骤2)的出水进入预沉降单元进行絮体沉降,以降低后续处理的进水悬浮物,上清液为出水,下端排放污泥;4)步骤3)的出水进入无机膜过滤单元进行过滤(可去除绝大部分非溶解态物质(如悬浮物、胶体及细菌等)),得到的产水即最终处理液。分次投加除磷剂可降低除磷剂的投加量,提高除磷剂除磷效率,从而降低污泥产量,节约处理成本。在上述方法中,当步骤1)中投加除磷剂分两次进行时,第一次投加除磷剂的目的是通过絮凝反应去除待处理含磷废水中的大部分悬浮物、胶体及部分磷;第二次投加除磷剂的目的是进一步去除第一次投加除磷剂后待处理含磷废水中溶解性的磷。在上述方法中,当步骤1)中投加除磷剂分两次进行时,第一次投加除磷剂的量具体可以将待处理含磷废水中总磷降至0.8mg/l-1.2mg/l(如0.9mg/l)为标准;第二次投加除磷剂的量具体可以将第一次投加除磷剂后待处理含磷废水中总磷降至0.5mg/l或0.5mg/l以下(如0.4mg/l)为标准。在上述方法中,步骤1)所述混凝单元包括混凝池a和混凝池b,混凝池a的出水进入混凝池b,在每个混凝池中设有搅拌装置,在每个混凝池中投加一次除磷剂;混凝池a和混凝池b为两个单独的池体,或采用一个池体分隔。在上述方法中,根据待处理含磷废水的情况或混凝单元的具体结构(如混凝池个数)或去除磷的目标量等实际情况或需要的不同,结合分两次投加的方法,也可为分三次、四次或更多次进行。在上述方法中,步骤3)所述预沉降单元的出水悬浮物控制在100mg/l以下;具体可采用快速沉降设备如高密池或斜板沉淀池进行;如此宽泛的出水悬浮物要求,可大大提高所述快速沉降设备的上升流速,减少所述快速沉降设备占地面积,使高密池和斜板沉淀池的上升流速可达到15-30m/h。在上述方法中,步骤4)所述无机膜过滤单元采用错流过滤的运行方式;错流量小于或等于10%。如错流量大于10%,系统回收率会降低,不具备选此工艺的优势。在上述方法中,步骤4)产生的错流浓水回流至步骤1)所述混凝单元的前端(可与所述待处理含磷废水混合作为步骤1)进水)。在上述方法中,步骤4)所述无机膜过滤单元使用的无机膜为陶瓷膜或碳化硅膜;优选碳化硅膜,膜的孔径为40nm-100nm,通量最大可达到400l·m-2·h-1。在上述方法中,步骤4)所述无机膜过滤单元采用内循环的过滤方式,内部循环比小于或等于20:1,具体可为16:1。在上述方法中,所述除磷剂为铝盐絮凝剂(如聚合氯化铝)、铁盐絮凝剂(如聚合氯化铁)、石灰及其他复合型除磷剂中的至少一种。和/或,所述助凝剂为高分子有机聚合物,如聚丙烯酰胺,其投加量为0.5-1mg/l;和/或,步骤1)中所述待处理含磷废水的ph值为6-9,如不在此范围内应用酸或碱进行调节。本发明的有益效果如下:本发明所述的化学深度除磷方法,包括混凝单元、助凝单元、预沉降单元及无机膜过滤单元。除磷剂在混凝单元分次投加,出水中的悬浮物在助凝单元凝聚变大,后经预沉降单元将大部分悬浮物沉降排除,带有少部分悬浮物的上清液进入无机膜过滤单元,错流浓水回流至混凝单元前,减少药剂使用量。本发明采用合理的运行参数,在保证无机膜稳定运行的前提下,得到总磷含量小于0.5mg/l的产出水。本发明能够替代现有的化学除磷工艺,解决其药剂投加量大,占地大,产泥量高等问题,产水水质远远优于现有工艺的产水水质。产水中总磷含量可低于0.5mg/l,悬浮物小于1mg/l。本发明在深度除磷方面有十分广阔的应用前景,具有良好的经济效益和环境效益。附图说明本发明有如下附图:图1是本发明工艺流程示意图。图2是本发明对比例1分次投加除磷剂的效果对比图。附图标号说明:1、混凝单元,2、助凝单元,3、预沉降单元,4、无机膜过滤单元,a池为混凝池a,b池为混凝池b。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。如图1所示,本发明提出一种化学深度除磷处理废水的方法,涉及混凝单元1、助凝单元2、预沉降单元3及无机膜过滤单元4,具体如下:1)待处理含磷废水进入混凝单元1,投加除磷剂,并通过絮凝反应去除悬浮物、胶体及磷;所述投加除磷剂至少分两次进行,每次投加除磷剂后先搅拌混凝,再进行下一次投加;2)步骤1)的出水进入助凝单元2,投加助凝剂,搅拌混合形成絮体;3)步骤2)的出水进入预沉降单元3进行絮体沉降;以降低后续处理的进水悬浮物,上清液为出水,下端排放污泥;4)步骤3)的出水进入无机膜过滤单元4进行过滤(可去除绝大部分非溶解态物质如悬浮物、胶体及细菌等),得到的产水即最终处理液。分次投加除磷剂可降低除磷剂的投加量,提高除磷剂除磷效率,从而降低污泥产量,节约处理成本。在上述方法中,当步骤1)中投加除磷剂分两次进行时,第一次投加除磷剂的目的是通过絮凝反应去除待处理含磷废水中的大部分悬浮物、胶体及部分磷;第二次投加除磷剂的目的是进一步去除第一次投加除磷剂后待处理含磷废水中溶解性的磷。在上述方法中,当步骤1)中投加除磷剂分两次进行时,第一次投加除磷剂的量以将待处理含磷废水中总磷降至0.8mg/l-1.2mg/l为标准;第二次投加除磷剂的量以将第一次投加除磷剂后待处理含磷废水中总磷降至0.5mg/l或0.5mg/l以下为标准。在上述方法中,步骤1)所述混凝单元包括混凝池a和混凝池b,混凝池a的出水进入混凝池b,在每个混凝池中设有搅拌装置,在每个混凝池中投加一次除磷剂;混凝池a和混凝池b为两个单独的池体,或采用一个池体分隔。在上述方法中,步骤3)所述预沉降单元的出水悬浮物控制在100mg/l以下;具体可采用快速沉降设备如高密池或斜板沉淀池进行;如此宽泛的出水悬浮物要求,可大大提高所述快速沉降设备的上升流速,减少所述快速沉降设备占地面积,使高密池和斜板沉淀池的上升流速可达到15-30m/h。在上述方法中,步骤4)所述无机膜过滤单元采用错流过滤的运行方式;错流量小于或等于10%。如错流量大于10%,系统回收率会降低,不具备选此工艺的优势。在上述方法中,步骤4)产生的错流浓水回流至步骤1)所述混凝单元的前端(与所述待处理含磷废水混合作为步骤1)进水)。在上述方法中,步骤4)所述无机膜过滤单元使用的无机膜为陶瓷膜或碳化硅膜;优选碳化硅膜,膜的孔径为40nm-100nm,通量最大可达到400l·m-2·h-1。在上述方法中,步骤4)所述无机膜过滤单元采用内循环的过滤方式,内部循环比小于或等于20:1。在上述方法中,所述除磷剂为铝盐絮凝剂(如聚合氯化铝)、铁盐絮凝剂(如聚合氯化铁)、石灰及其他复合型除磷剂中的至少一种。和/或,所述助凝剂为高分子有机聚合物,如聚丙烯酰胺,其投加量为0.5-1mg/l;和/或,步骤1)中所述待处理含磷废水的ph值为6-9,如不在此范围内应用酸或碱进行调节。对比例2、实施例1—3中对待处理含磷废水进行化学深度除磷如无特别说明,具体步骤如下:1)混凝:待处理含磷废水先进入混凝单元1的a池,在a池中第一次加入除磷剂,搅拌混凝以后,进入混凝单元1的b池,在b池中第二次加入除磷剂,搅拌混凝以后,得到含有较多细碎悬浮物的第一处理液。2)助凝:第一处理液进入助凝单元2,在助凝单元2中投加助凝剂,充分搅拌混合以增大第一处理液中絮体的体积,便于后续处理,得到第二处理液。3)预沉降:第二处理液进入预沉降单元3,出水悬浮物控制在100mg/l以下,由于絮体较易沉降以及后续处理对待处理液悬浮物的要求较低,因此可提高预沉降单元的上升流速,减小预沉降设备的体积,克服普通沉淀占地面积大的缺点。预沉降后的上清液为第三处理液,下端排泥进入污泥浓缩脱水系统,污泥浓缩上清液及脱水系统的脱除水均回至预沉降单元3。4)无机膜过滤:第三处理液进入无机膜过滤单元4,由于第三处理液中含有一定量的悬浮物,因此无机膜过滤单元采用循环错流的运行方式,内部循环比小于或等于20:1,错流量小于或等于10%,错流浓水回流至混凝单元1的前端(即与待处理含磷废水混合),以减少除磷剂的投加量,得到的产水(膜产水)即最终处理液。具体实施例如下。以下实施例和对比例中的总磷和正磷的检测按照国家标准进行,其中,原水(即待处理含磷废水)、产水(即最终处理液)及预沉降出水采样后直接检测,其它步骤的出水采样后先过滤去除绝大部分悬浮物后再检测,过滤采用定性滤纸过滤。对比例1.分次投加除磷剂的效果比对待处理含磷废水:某石油化工企业循环排污水,其中的悬浮物为56mg/l,总磷为1.62mg/l;除磷剂:聚合氯化铝;将待处理含磷废水分别进行如下两种处理:处理1(分两次投加):待处理含磷废水(ph为7.45)先进入混凝单元1的a池,在a池中第一次加入除磷剂40mg/l,搅拌混凝以后,a池出水进入混凝单元1的b池,在b池中第二次加入除磷剂40mg/l,搅拌混凝,得到b池出水。处理2(一次性投加):待处理含磷废水(ph为7.45)先进入混凝单元1的a池,在a池中第一次加入除磷剂80mg/l,搅拌混凝以后,a池出水进入混凝单元1的b池,在b池中第二次加入除磷剂0mg/l,搅拌混凝,得到b池出水。检测处理1和处理2中的a池出水和b池出水中总磷(tp)的结果(如图2所示):一次性投加的b池出水总磷为0.28mg/l,分两次投加的b池出水总磷为0.12mg/l,结果表明,分两次投加的除磷效果明显好于一次性投加。分两次投加时,第一次投加除磷剂后a池出水总磷为0.56mg/l,总磷的去除效率为0.0265mgtp/mg除磷剂,第二次投加除磷剂后b池出水总磷为0.12mg/l,总磷的去除效率为0.011mgtp/mg除磷剂,结果表明,第二次投加除磷剂的总磷的去除效率明显低于第一次。对比例2.错流浓水回流与不回流的效果比对待处理含磷废水(原水):某天然气净化厂循环排污水,总磷1.822mg/l,正磷0.392mg/l;除磷剂:聚合氯化铁;助凝剂:聚丙烯酰胺;经过上述混凝-助凝-预沉降-无机膜过滤处理,对比错流浓水回流与不回流的效果。方案1:运行参数:待处理含磷废水的ph值为7.89,除磷剂分两次投加,第一次投加40mg/l(a池出水检测总磷降至0.9mg/l),第二次投加40mg/l(b池出水检测总磷降至0.4mg/l),助凝剂投加0.5mg/l,预沉降单元选用斜板沉淀池,预沉降单元的出水悬浮物控制在100mg/l以下,上升流速为30m/h,无机膜选用碳化硅材质,膜的孔径为40nm,通量为218l·m-2·h-1,错流量为10%,错流浓水直接排放不回流,内部循环比为16:1。方案2:运行参数:待处理含磷废水的ph值为7.89,除磷剂分两次投加,第一次投加30mg/l(a池出水检测总磷降至0.9mg/l),第二次投加40mg/l(b池出水检测总磷降至0.4mg/l),助凝剂投加0.5mg/l,预沉降单元选用斜板沉淀池,预沉降单元的出水悬浮物控制在100mg/l以下,上升流速为30m/h,无机膜选用碳化硅材质,膜的孔径为40nm,通量为218l·m-2·h-1,错流量为10%,错流浓水直接排放不回流,内部循环比为16:1。方案3:运行参数:待处理含磷废水的ph值为7.89,除磷剂分两次投加,第一次投加30mg/l(a池出水检测总磷降至0.9mg/l),第二次投加40mg/l(b池出水检测含磷废水中总磷降至0.4mg/l),助凝剂投加0.5mg/l,预沉降单元选用斜板沉淀池,预沉降单元的出水悬浮物控制在100mg/l以下,上升流速为30m/h,无机膜选用碳化硅材质,膜的孔径为40nm,通量为218l·m-2·h-1,错流量为10%,错流浓水回流至混凝单元之前端,内部循环比为16:1。上述三种方案试验结果对比如表1所示。表1表1的结果表明:采用错流浓水回流方式可降低12.5%的除磷剂投加量。实施例1待处理含磷废水(原水):某天然气净化厂循环排污水;除磷剂:聚合氯化铁;助凝剂:聚丙烯酰胺;按照上述混凝-助凝-预沉降-无机膜过滤处理,运行参数:待处理含磷废水的ph值为7.6,利用盐酸将ph调节至6,除磷剂分两次投加,第一次投加30mg/l(a池出水检测总磷降至1.1mg/l),第二次投加40mg/l(b池出水检测总磷降至0.3mg/l),投加0.5mg/l助凝剂,预沉降单元选用斜板沉淀池,预沉降单元的出水悬浮物控制在100mg/l以下,上升流速为30m/h,无机膜选用碳化硅材质,膜的孔径为40nm,通量为218l·m-2·h-1,错流量为10%,错流浓水回流至混凝单元1前端,内部循环比为16:1。进出水水质见表2。表2分析项目原水预沉降出水膜产水总磷(以p计mg/l)1.9220.8690.106正磷(以p计mg/l)0.3920.2580.088悬浮物(mg/l)6230.9含油(mg/l)0.290.180.16实施例2将实施例1中的待处理含磷废水利用naoh调节ph至9,其他条件与实施例1相同,进出水水质见表3。表3分析项目原水预沉降出水膜产水总磷(以p计mg/l)1.9220.9430.138正磷(以p计mg/l)0.3920.2790.102悬浮物(mg/l)6250.8含油(mg/l)0.290.210.18实施例3将实施例2中的碳化硅材质无机膜的膜的孔径更换为100nm,通量变为400l·m-2·h-1,其他条件保持不变,进出水水质见表4。表4分析项目原水预沉降出水膜产水总磷(以p计mg/l)1.9220.9120.258正磷(以p计mg/l)0.3920.2330.193悬浮物(mg/l)6260.9含油(mg/l)0.290.200.12本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。当前第1页12
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