一种氮磷废水的处理方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种氮磷废水的处理方法。


背景技术：

2.氮、磷元素是导致水体富营养化，水质恶化的主要因素，排污单位和生态环境管理部门对废水中氮磷的去除都尤为重视。目前对氮、磷废水的治理主要采用生物+化学相结合的办法加以去除。氮主要通过硝化-反硝化，将氮经历氨氮-硝酸氮-氮气的状态转化而加以去除，曝气风机提供氧气进行硝化，投加3～4倍氮质量浓度的碳源(如：葡萄糖、乙酸钠等)进行反硝化；磷主要是通过投加2～3倍磷摩尔浓度化学药剂(如：氯化铁、硫酸铝或聚合氯化铝等)，使得废水中的磷形成化学污泥沉淀而加以去除，产生的化学污泥是一种二次污染。
3.氮、磷的去除，需要消耗大量的电能、有机碳源和化学药品，废水处理减少电能、化学药品的消耗，减少二次污染就显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供一种氮磷废水的处理方法，可减少污染物的排放，提高能源的利用率。
5.基于上述问题，本发明提供的技术方案是：
6.一种氮磷废水的处理方法，包括以下步骤：
7.(1)氮磷废水进入藻类生产装置，通过光照和吸收二氧化碳生产藻类，富集废水中的氮磷，将无机碳转化为有机碳；
8.(2)将步骤(1)中藻类生产装置中收获的藻液排入浓缩装置浓缩，不含氮磷的上清液直接排入市政管网、或排入超滤装置去除悬浮物后进入回用系统；
9.(3)经步骤(2)浓缩处理后得到的藻类排入藻类预处理装置预处理，预处理后的藻类进入厌氧膜生物反应器进行厌氧生物处理；
10.(4)步骤(3)厌氧发酵产生的沼气经预处理去除颗粒杂质和硫化物，进入沼气储柜进行压力调节、暂存，然后进入沼气热电联产装置产生电能和蒸汽，含二氧化碳的烟气进入藻类生产装置提供无机碳供藻类生长，同时加热氮磷废水；
11.(5)步骤(3)厌氧膜生物反应器出水回流至藻类生产装置，与沼气热电联产装置排放的烟气共同加热氮磷废水，厌氧膜生物反应器内藻渣以液体有机肥或固体有机肥的方式利用。
12.在其中的一些实施方式中，所述步骤(1)中藻类生产装置为采用透光材质制成的垂直柱状模块式反应器，设置人工模拟太阳光照系统。
13.在其中的一些实施方式中，所述垂直柱状模块式反应器中单柱反应器的高度为20m～30m、直径500mm～1000mm，通过循环泵对柱内废水进行循环，流速为0.05m/s～0.1m/s，废水在反应器内停留时间24h～48h。
14.在其中的一些实施方式中，所述步骤(2)中浓缩装置采用气浮浓缩、离心浓缩或重力浓缩。
15.在其中的一些实施方式中，所述步骤(2)中超滤装置采用浸没式或者管式超滤，膜通量为10～20l/(m2.h)。
16.在其中的一些实施方式中，所述步骤(3)中藻类预处理装置采用超声波、热水解或酸碱浸出的方式。
17.在其中的一些实施方式中，所述步骤(3)中厌氧膜生物反应器运行温度35～39℃，停留时间50～100天。
18.在其中的一些实施方式中，所述步骤(4)中沼气采用喷淋水洗去除沼气中的颗粒杂质和硫化氢，采用冷冻机或分子筛去除沼气中的水份。
19.在其中的一些实施方式中，所述步骤(4)中沼气储柜采用湿式钟罩式气柜或者干式双膜气柜，调整出气压力在3000～5000pa。
20.与现有技术相比，本发明的优点是：
21.1、通过藻类吸收氮磷和二氧化碳，产生碳水和化合物，减少曝气能耗、碳源及化学药品的投加，并固定二氧化碳，产生可再生能源，整个过程在去除污染物的同时也降低二氧化碳的排放，是减污降碳实现碳中和的正确方式；
22.2、藻类浓缩、上清液处理不投加化学药剂，产生的尾水可中和回用，沼液或沼渣可作为有机肥加以利用，不产生二次污染；
23.3、藻类生产装置采用透光材质制成的模块式柱状反应器，比表面积大，光能利用率高，藻类生产速率高，采用封闭式、循环泵流速可控，光照强度可控，生长速率稳定；
24.4、藻类生产装置采用垂直结构，是水平池体占地的1/10左右；
25.5、藻类生产装置设置人工模拟太阳光照系统，光照时间是自然光照的 2～3倍，藻类产量是自然光照的2～3倍；
26.6、热电联产尾气进入藻类生产装置，以废气治理废水，且高温烟气与厌氧膜生物反应器出水共同加热藻类生产装置内废水，使废水温度提高5℃左右，藻类生长速率提高约1倍；
27.7、厌氧膜生物反应器产水水质好，可直接回用或排入市政管网，出水不携带污泥，反应器运行稳定，自动化程度高。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明一种氮磷废水的处理方法实施例的工艺流程图。
具体实施方式
30.以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
31.参见图1，为本发明实施例的结构示意图，提供一种氮磷废水的处理方法，该处理方法适应的氮磷废水主要是总氮浓度在50mg/l以下、总磷在 10mg/l以下，cod小于500mg/l的废水，包括以下步骤：
32.(1)氮磷废水进入藻类生产装置，通过光照和吸收二氧化碳生产藻类，富集废水中的氮磷，将无机碳(二氧化碳)转化为碳水化合物等有机碳；
33.(2)将步骤(1)中藻类生产装置中收获的藻液排入浓缩装置浓缩，不含氮磷的上清液直接排入市政管网、或排入超滤装置去除悬浮物后进入园林景观、市政道路等回用系统；
34.(3)经步骤(2)浓缩处理后得到的藻类排入藻类预处理装置预处理，加热后的藻类进入厌氧膜生物反应器进行厌氧生物处理，在中温条件下进行厌氧发酵，碳水化合物等有机碳经历水解酸化、产氢产乙酸、产甲烷等阶段变成沼气；
35.(4)步骤(3)厌氧发酵产生的沼气脱硫、脱颗粒杂质、脱水等预处理后，进入沼气储柜进行压力调节、暂存，然后进入沼气热电联产装置产生电能和蒸汽，含二氧化碳的烟气进入藻类生产装置提供无机碳供藻类生长，同时加热氮磷废水；
36.(5)步骤(3)厌氧膜生物反应器出水回流至藻类生产装置，与沼气热电联产装置排放的烟气共同加热氮磷废水，厌氧膜生物反应器内藻渣以液体有机肥或固体有机肥的方式利用。
37.其中，藻类生产装置采用玻璃或有机玻璃等透光材质制成的垂直柱状模块式反应器，设置人工模拟太阳光照系统，光照强度1000lux～10000lux，可以根据需要进行控制，24h均有光照，是自然光照时间的2～3倍。垂直柱状模块式反应器中单柱反应器的高度为20m～30m、直径500mm～1000mm，通过循环泵对柱内废水进行循环，流速为0.05m/s～0.1m/s，废水在反应器内停留时间24h～48h。藻类生产率200～400gvss/(m2.d)。二氧化碳固定量是藻类产量的1.5倍～2.0倍。
38.浓缩装置采用气浮浓缩、离心浓缩或重力浓缩，将含固量1％左右的藻液浓缩至含固量3％～4％。气浮浓缩、离心浓缩或重力浓缩，均不投加絮凝剂或助凝剂。采用气浮浓缩，表面负荷4～6m3/(m2.h)，采用重力浓缩时，固体负荷30～60kgds/(m2.d)。浓缩上清液氮磷含量小于纳管标准则可以直接排入市政管道，也可以根据需要经超滤装置处理后再排入园林景观、市政道路等回用系统。
39.超滤装置采用浸没式或者管式超滤，膜通量为10～20l/(m2.h)。超滤装置出水cod小于100mg/l，总氮小于10mg/l，总磷小于0.5mg/l。
40.步骤(3)中藻类预处理装置采用超声波、热水解或酸碱浸出的方式对浓缩得到的藻类进行预处理，可以缩短后续厌氧处理反应时间，提高沼气产量，根据需要，也可以不经过预处理直接进入厌氧处理。
41.步骤(3)中厌氧膜生物反应器的运行温度35～39℃，沼气产率约 0.15～0.3m3沼气/m3反应器，停留时间50～100天。厌氧有机物消化率 50％～70％，厌氧膜生物反应器内30％～50％残渣定期通过固体沼渣或液体沼液的形式作为有机肥外用。厌氧膜生物反应器出水回流至藻类生产装置，与烟气共同加热废水，同时利用其中剩余的氮磷营养元素，提供藻类生长。
42.步骤(4)中沼气采用喷淋水洗去除沼气中的颗粒杂质和硫化氢，确保出气硫化氢含量小于20ppm以下，采用冷冻机或分子筛去除沼气中的水份。
43.步骤(4)中沼气储柜采用湿式钟罩式气柜或者干式双膜气柜，调整出气压力在3000～5000pa。
44.沼气热电联产装置采用内燃机发电，发电机缸体热水、烟囱烟气余热采用余热锅炉进行余热回收。内燃机发电效率35％～40％，余热锅炉热效率 40％～45％。含20％左右二氧化碳的热电联产装置尾气，温度在120℃左右，通入藻类生产装置，为藻类生产提供光合作用所需二氧化碳，烟气与厌氧膜生物反应器出水共同加热藻类生产装置内废水，水温升高5℃左右，生长速率提高1倍左右。
45.以下是采用上述处理方法的具体实施例：
46.一套藻类生产装置，包含200组直径1000mm，高度25m的柱状反应器，总体积3925m3，总面积15700m2。
47.处理水量2617m3/d，装置废水停留时间36h，藻类生产装置进水cod 小于500mg/l，总氮小于50mg/l、总磷小于10mg/l，超滤装置出水cod 小于100mg/l，总氮小于10mg/l，总磷小于0.5mg/l。
48.产藻率100gvss/(m2.d)，产藻量4710kgvss/d，固定二氧化碳8478kg/d，产生含固量1％的湿藻类471m3/d，浓缩后的含固量3％的藻类157m3。
49.沼气产率0.5m3/kgvss，甲烷产率0.3m3/kgvss，厌氧膜生物反应器 0.3m3沼气/m3反应器，厌氧反应器体积7850m3，藻类停留时间50d。排出残渣量1860kgds/d。
50.沼气产量2355m3/d，每天发电量4872kw.h。
51.可见，上述处理方法可实现氮磷废水的减污降碳处理，同时可生产再生能源，提高能源利用率。
52.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。