同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统的制作方法

同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统。换热设备分别与内循环流量计、旁侧出水流量计接通，内循环流量计、冷却塔、冷水池、循环水泵、换热设备依次接通；化粪池与污水调节池接通，污水调节池内置潜污泵，潜污泵、污水流量计、反应池依次接通；旁侧出水流量计、反应池、沉淀池依次接通；反应池内置温度传感器、pH传感器；pH调节液罐、加药泵、反应池依次接通；沉淀池、回水阀、回水流量计、曝气池、二沉池、回水泵、冷却塔依次接通；曝气池内设置曝气器，曝气器、气体流量计、气泵依次接通；二沉池、污泥回流流量计、污泥回流泵、曝气池依次接通；PLC控制器分别与各个流量计、各个传感器、加药泵连接。
【专利说明】同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型污水处理系统，具体涉及一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统。

【背景技术】
[0002]相比于市政污水，工厂生产和生活污水因其潜在的危害性，通常执行更为严格的处理与排放标准。现有工业园区，因其较为成熟的市政配套管网，厂区污水大多只需要处理达到《污水综合排放标准》三级标准后便可排入市政排水管网。而对于不少新建工业园区，有时由于市政配套的不同步，污、废水往往需要在厂区内进行严格处理，达到《污水综合排放标准》一级标准后，方可排放到就近地表水体。
[0003]就生活污水而言，现执行的《污水综合排放标准》一级标准中C、N、P这三大污染物的出水指标严格程度不一，C0D〈100mg/L、NH4+_N〈15mg/L、P043__P〈0.5mg/L。显然，厂区对污水无脱氮要求，但除磷要求十分严格，已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的最高标准(一级A标)。日常生活中，人体摄入食物中的磷元素后，除了用于合成自身细胞增长外，绝大部分均通过排泄物(粪便和尿液)排出体外。除个别专属磷工业工厂外，水冲厕所的普及使得生活污水成为绝大部分工厂污水中磷元素的主要载体。因此，工厂污水除磷的关键是寻找经济、有效的处理工艺，实现生活污水出水磷浓度的达标排放。
[0004]和许多化石类能源一样，被广泛应用于农业、医药、化工、食品、国防等工农业生产中的磷矿石(以Ρ043_-Ρ形式存在为主)资源属于非可再生资源，正在日益减少，已成为我国限制性出口的国家战略资源。在污水处理领域，经过近百年的技术发展，通过生物富磷污泥的排放、化学沉淀或者生化相结合的处理方式，磷元素的去除已非难题。但对污水中的磷元素进行回收则是前沿科学课题，合理利用资源，实用新型新型处理系统与工艺方法在未来的生产领域将极具前景，产生潜在经济效益。
[0005]另一方面，在工业生产体系中，循环冷却水系统常常占据主导地位。特别是对于敞开式体系，由于受浓缩倍数的制约，在水的循环过程中必须要排出一定量的浓水并补充一定量的新水。其中排出的浓水中含盐量较高是一个主要问题，例如，在中国北方地区，长期使用含Ca2+、Mg2+等离子浓度较高的循环水或补充水，极有可能引起循环水管和水冷设备的结垢，严重影响换热设备的工作效率。因此，对上述含盐废水进行旁侧处理甚至回用，具有重要的环境意义和经济价值。
[0006]综上所述，实现高效、经济脱盐和磷回收分别是工业循环水和生活污水处理所面临的潜在问题。目前对于磷元素的回收，投加金属离子的沉淀法效果较好，但需要外加药剂，有一定经济成本，且工艺运行参数仍需优化，以提高回收率。而工业循环水中含量较高的Ca2+是化学除磷过程中被忽视的潜在药剂。因此，对于兼具生活污水处理和工业循环水处理两大系统的工业厂区，通过合理的技术革新，合理耦合上述系统，并建立有效的控制方法，将使得同步实现工业循环水软化回用和生活污水磷回收成为可能。
[0007]申请号为200910115969.2、名称为一种污水中磷的去除方法的中国专利，申请号为200710108304.X、名称为一种城市污水处理厂除磷的方法的中国专利公开了污水中磷的去除方法，但与其他现有技术一样，存在除磷技术不稳定、化学除磷投药量大、工业循环水使用过程中含Ca2+浓度较高排污水的脱盐等问题。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统，将含Ca2+浓度较高的工业循环水排污水作为化学除磷的金属离子来源，引入生活污水处理系统，形成工业循环水软化与生活污水处理系统的耦合；并优化运行参数，形成高效、经济的控制方法，同步实现工业循环上软化回用和生活污水中磷元素的回收。
[0009]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:
[0010]一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统，包括化粪池、污水调节池、潜污泵、污水流量计、换热设备、内循环流量计、旁侧出水流量计、冷却塔、冷水池、循环水泵、反应池、温度传感器、pH传感器、PLC控制器、加药泵、pH调节液罐、沉淀池、回水阀、回水流量计、曝气池、曝气器、气体流量计、气泵、二沉池、回水泵、污泥回流泵、排泥阀、污泥回流流量计；
[0011]换热设备分别与内循环流量计、旁侧出水流量计接通，内循环流量计、冷却塔、冷水池、循环水泵、换热设备依次接通；
[0012]化粪池与污水调节池接通，污水调节池内置潜污泵，潜污泵、污水流量计、反应池依次接通；旁侧出水流量计、反应池、沉淀池依次接通；
[0013]反应池内置温度传感器、pH传感器；pH调节液罐、加药泵、反应池依次接通；
[0014]沉淀池、回水阀、回水流量计、曝气池、二沉池、回水泵、冷却塔依次接通；
[0015]曝气池内设置曝气器，曝气器、气体流量计、气泵依次接通；曝气池底部设有排泥阀；
[0016]二沉池、污泥回流流量计、污泥回流泵、曝气池依次接通；
[0017]PLC控制器分别与内循环流量计、旁侧出水流量计、污水流量计、温度传感器、pH传感器、加药泵、回水流量计连接。
[0018]本实用新型所述的沉淀池底部设有排空阀。
[0019]本实用新型所述的反应池内设有搅拌器。
[0020]本实用新型针对现有生物除磷技术不稳定、化学除磷技术投药量大、工业循环水脱盐等问题，耦合生活污水处理系统与工业循环水排污水旁侧软化处理系统，利用循环热水排污水提供的碱性和中高温环境，以及其中富含的Ca2+作为金属盐，和生活污水中的PO/—反应。通过调节系统的优化作用，为高效、经济地实现Ca2+与PO/—的沉淀反应创造条件，进而同步软化工业循环水并回收污水中的磷元素。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:
[0021]1、和现有污水生物除磷系统相比，出水水质更有保障，高效、可靠性较好，且无需排泥，降低污泥处置难度。
[0022]2、工业循环水系统中排污水所富含的浓盐介质可作为化学除磷系统所需的金属盐，节省了外加药剂的投加。
[0023]3、通过耦合敞开式循环冷却水系统，借助冷却塔内的曝气实现水相和空气中CO2的平衡，水相pH为8.5左右，可自然形成金属离子化学沉淀法所需的碱性环境。
[0024]4、反应后形成的磷酸钙沉淀可收集实现磷元素的回收，系统出水在必要时可通过二次处理实现回用，用于循环水系统的补充水，创造经济价值。
[0025]5、可保证系统出水PO43 -P质量浓度〈0.5mg/L,同时最大程度上降低循环水系统中的Ca2+质量浓度。

【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1为本实用新型实施例一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统结构示意图。
[0027]图2为本实用新型实施例一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的实用新型的控制方法示意图。
[0028]图中:1-化粪池、2-污水调节池、3-潜污泵、4-污水流量计、5-换热设备、6_内循环流量计、7-旁侧出水流量计、8-冷却塔、9-冷水池、10-循环水泵、11-反应池、12-搅拌器、13-温度传感器、14-pH传感器、15- PLC控制器、16-加药泵、17_pH调节液罐、18-沉淀池、19-排空阀、20-回水阀、21-回水流量计、22-曝气池、23-曝气器、24-气体流量计、25-气泵、26- 二沉池、27-回水泵、28-污泥回流泵、29-排泥阀、30-污泥回流流量计。

【具体实施方式】
[0029]下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
[0030]参见图1和图2，本实用新型实施例一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统中，换热设备5通过两路管道分别与内循环流量计6、旁侧出水流量计7连接，内循环流量计6、冷却塔8、冷水池9、循环水泵10、换热设备5通过管道依次接通；以上结构构成循环水主流系统。内循环流量计6和旁侧出水流量计7均通过电线与PLC控制器15连接。
[0031]化粪池I通过管道与污水调节池2连接，污水调节池2内置潜污泵3，潜污泵3、污水流量计4、反应池11通过管道依次接通；旁侧出水流量计7、反应池11、沉淀池18通过管道依次接通，以上结构构成循环水旁流软化和污水磷回收系统。污水流量计4通过电线与PLC控制器15连接。
[0032]反应池11内置搅拌器12、温度传感器13、pH传感器14。pH调节液罐17、加药泵16、反应池11通过管道依次接通。温度传感器13、pH传感器14、加药泵16均通过电线与PLC控制器15连接。沉淀池18底部设有排空阀19。pH调节液罐17内置物质的量浓度为
0.l-0.5mol/L的NaOH溶液。本实施例中，pH调节液罐17内置物质的量浓度为0.lmol/L的NaOH溶液。
[0033]沉淀池18、回水阀20、回水流量计21、曝气池22、二沉池26、回水泵27、冷却塔8
通过管道依次接通，以上结构构成冷却循环水回用补水系统。回水流量计21通过电线与PLC控制器15连接。曝气池22内设置曝气器23，曝气器23、气体流量计24、气泵25通过管道依次接通。曝气池22底部通过管道与排泥阀29接通。二沉池26底部、污泥回流流量计30、污泥回流泵28、曝气池22通过管道依次接通。
[0034]本实用新型实施例一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的方法，可保证系统出水Ρ043_-Ρ质量浓度〈0.5mg/L，同时最大程度上降低循环水系统中的Ca2+质量浓度。其原理为:将生活污水处理系统与工业循环水排污水旁侧软化处理系统进行耦合，利用循环热水排污水提供的碱性(pH在8.5左右)和中高温(T > 35°C)环境，以及其中富含的Ca2+作为金属盐，和经过化粪池预处理的生活污水中的P043_反应。通过调节系统(由污水流量计4、内循环流量计6、旁侧出水流量计7、温度传感器13、pH传感器14、加药泵16和PLC控制器15组成)，优化循环水排污水和生活污水的进水比例、反应池中的温度和pH值，高效、经济地实现Ca2+与P043_的沉淀反应，进而同步软化工业循环水并回收污水中的磷元素。
[0035]该方法具体包括如下过程:
[0036](一)、生活污水经过化粪池I预处理后进入污水调节池2，PLC控制器15调节污水流量计4的转数，使经过其内的污水流量为Q1，流量为Q1的污水经潜污泵3的提升进入反应池11。
[0037](二)、PLC控制器15调节内循环流量计6和旁侧出水流量计7转数，换热设备5产生流量为Q2和Q3的热水分别进入循环水主流系统、循环水旁流软化和污水磷回收系统。Q2与Q3的比值为40-100。本实施例中，Q2与Q3的比值为50。
[0038]循环冷却水系统伴随运行时间的增加，会引起Ca2+、Mg2+等离子浓度的增加，需定期排走一部分浓水，该浓水中含高浓度Ca2+、Mg2+，本申请中这部分浓水为经过旁侧流量计的污水，而Q2为内循环污水流量，控制Q2与Q3的比值为40-100可以很好地维持循环水系统中的Ca2+浓度维持在稳定值。同时根据Q3，可以推算出进入化学沉淀反应的Ca2+浓度，进而控制投药量。
[0039](三)、流量为Q2的热水进入冷却塔8后在冷却塔8内冷却后进入冷水池9，并被循环水泵10提升至换热设备5再次利用。
[0040](四)、流量为Q3的热水进入反应池11后，在搅拌器12的作用下与流量为Q1的污水混合，混合流体在反应池11内停留30-45min后，进入沉淀池18，在反应池中生成的絮凝沉淀物在沉淀池18内停留1-1.5h。本实施例中，混合流体在反应池11内停留30min后，进入沉淀池18,在反应池中生成的絮凝沉淀物在沉淀池18内停留lh。
[0041]混合流体在反应池内停留30_45min，为工业循环水中常规浓度的Ca2+与P043_反应至完全生成沉淀所需的时间区间。
[0042]在反应池中生成的絮凝沉淀物在沉淀池中停留1-1.5h，一般可实现完全静沉，一方面保证出水水质，另一方面可最大程度实现磷沉淀物的回收。
[0043](五)、开启回水阀20，PLC控制器15调节回水流量计21的转数，使经过其内的水流量为流量为Q4，流量为Q4的沉淀池18出水进入曝气池22，流量为Q1+ Q3-Q4的剩余沉淀池18出水通过排空阀19被排出系统。
[0044](六)、开启气泵25，PLC控制器15调节气体流量计21的转数，使供气量Q5与Q4的比值为5-8。流量为Q4的部分沉淀池18出水在曝气池22内停留2-3h后，活性污泥(本质为微生物)和水的泥水混合物从曝气池22进入二沉池26，经过1-1.5h的静沉，实现泥水分离，上清液经回水泵27提升后再次进入冷却塔8，以此进入循环水系统进行回用；本实施例中，Q5与Q4的比值为7，流量为Q4的部分沉淀池18出水在曝气池22内停留2.5h后，活性污泥和水的泥水混合物从曝气池22进入二沉池26，经过1.5h的静沉，实现泥水分离，上清液经回水泵27提升后再次进入冷却塔8，以此进入循环水系统进行回用。
[0045]Q5与Q4比值在污水生物处理中被称为气水比，通过气体流量和污水流量的比值控制，可利用曝气池22中的好氧微微生物将污水中的一部分有机物去除，使回用循环水中有机污染物浓度更低，减少循环水系统管路中细菌等生物的滋生。5-8的比值是较为经济、高效的气水比范围。
[0046]该过程中上述的2_3h为有机物在曝气池22得到初步降解所需的时间。
[0047](七)、调节污泥回流流量计30的转数，使经过其内的污泥流量为Q6,Q6值为0.5Q4-Q4，二沉池26内的活性污泥通过回流污泥泵28回流进入曝气池22 ;本实施例中，Q6=Q4。
[0048]二沉池26中的活性污泥来自曝气池22，会随着运行时间的增加，浓度不断上升，因此需要用回流污泥泵28进行污泥回流，回流的流量根据污水的处理流量(本申请中为Q4)确定，本申请中回流的流量为50-100%，即Q6值为0.5Q4- Q4。
[0049]曝气池22内投加活性污泥，活性污泥质量浓度为2000-3000mg/L ;定期开启排泥阀29，控制污泥停留时间为15-20d。本实施例中，曝气池22内活性污泥质量浓度为2500mg/L ;定期开启排泥阀29，控制污泥停留时间为20d。
[0050]活性污泥质量浓度2000-3000mg/L是保证曝气池22中有机污染物在上述流量、气水比等条件下，得到有效降解的最合理浓度:活性污泥质量浓度太低，所需的处理时间会增加，效率低；活性污泥质量浓度太高，微生物缺乏足够的有机物用于代谢，会进入内源呼吸阶段(消耗自身以提供能量用于代谢活动)，不断老化死亡。
[0051]随着微生物不断摄取污水中的有机物，其会不断生长，反应池11内的活性污泥质量浓度会不断提高，因此需通过排泥阀29每天定期排出污泥(称为剩余污泥)，维持活性污泥的活性，污泥停留时间等于曝气池22中的活性污泥质量浓度除以每天需要排出的剩余污泥质量。通过控制污泥停留时间，可以计算出每天所需排出的剩余污泥质量。控制污泥停留时间为15-20d，对维持活性污泥的活性较为有利。
[0052]上述过程(一)至(七)，同时进行，无先后顺序。
[0053]该方法还包括如下控制过程:
[0054]设置如下条件:
[0055]条件A:沉淀池18出水Ρ0/—-Ρ质量浓度〈0.5mg/L ;该条件为《污水综合排放标准》一级标准中PO广-P的排放标准，即〈0.5mg/L ；
[0056]条件B:沉淀池18出水Ca2+质量浓度〈5.0mg/L ;该条件为Ca2+与Ρ043__Ρ反应的浓度下限，小于5mg/L，反应速率很低，同时5mg/L也是检验化学沉淀效果的参数值；
[0057]条件C:反应池11内pH≥8.0 ;该条件通过pH传感器14检测，而且，Ca2+和P0/_-P反应需要碱性环境，PH为8是一个常用的临界值；
[0058]条件D:反应池11内温度≥20°C;该条件通过温度传感器13检测，而且，化学反应需要合理的温度，20°C是反应速率高低的一个常规临界值，温度小于20°C，反应速率下降明显。
[0059]设置如下策略:
[0060]策略1:定期检测沉淀池18出水中Ρ043_-Ρ和Ca2+的质量浓度；
[0061]策略I1:提高旁侧出水流量计7转数；该策略通过PLC控制器15提高旁侧出水流量计7转数；
[0062]策略II1:提高污水流量计4转数；该策略通过PLC控制器15提高污水流量计4转数；
[0063]策略IV:开启加药泵16 ;该策略可将pH调节液罐中的pH调节液加入到反应池11内。
[0064]策略V:降低污水流量计4转数。该策略通过PLC控制器15降低污水流量计4转数。
[0065]条件A至条件D在一个控制周期内按先后顺序执行。
[0066]策略I与策略II至策略V在一个控制周期内按先后顺序执行，即先执行策略I，再执行策略II至策略V ;策略I1、策略II1、策略IV、策略V之间无先后顺序。
[0067]该控制过程包括如下步骤:
[0068]a、执行策略I ,判断条件A,当条件A成立时,判断条件B,当条件B成立时,返回执行策略I ;当条件B不成立时，执行策略III，并返回条件A的判断；当条件A不成立时，判断条件B，当条件B成立时，执行策略II，并返回条件B的判断，当条件B仍然成立，反复执行策略IV ;当条件B不成立时，判断条件C ;
[0069]b、当条件C不成立时，执行策略IV，并返回条件C的判断，当条件C仍然不成立时，反复执行策略IV ;当条件C成立时，判断条件D ；
[0070]C、当条件D不成立时，执行策略II，并返回条件D的判断，当条件D仍然不成立，反复执行策略II ;当条件D成立时，执行策略V，并返回执行策略I ;
[0071 ] d、重复顺序实施上述步骤a至c。
[0072]案例:采用本发明实施例处理某工厂排放的冲厕生活污水(C0D=200_400mg/L，NH4+-N=50-90mg/L, PO广-P=，5_15mg/L)。稳定运行后，出水 NH4+_N 小于 15mg/L，COD 小于100mg/L, Ρ0/—-Ρ小于0.5mg/L，符合《污水综合排放标准》一级标准。
[0073]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。
【权利要求】
1.一种同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统，其特征在于:包括化粪池、污水调节池、潜污泵、污水流量计、换热设备、内循环流量计、旁侧出水流量计、冷却塔、冷水池、循环水泵、反应池、温度传感器、pH传感器、PLC控制器、加药泵、pH调节液罐、沉淀池、回水阀、回水流量计、曝气池、曝气器、气体流量计、气泵、二沉池、回水泵、污泥回流泵、排泥阀、污泥回流流量计； 换热设备分别与内循环流量计、旁侧出水流量计接通，内循环流量计、冷却塔、冷水池、循环水泵、换热设备依次接通； 化粪池与污水调节池接通，污水调节池内置潜污泵，潜污泵、污水流量计、反应池依次接通；旁侧出水流量计、反应池、沉淀池依次接通； 反应池内置温度传感器、PH传感器；pH调节液罐、加药泵、反应池依次接通； 沉淀池、回水阀、回水流量计、曝气池、二沉池、回水泵、冷却塔依次接通； 曝气池内设置曝气器，曝气器、气体流量计、气泵依次接通；曝气池底部设有排泥阀； 二沉池、污泥回流流量计、污泥回流泵、曝气池依次接通； PLC控制器分别与内循环流量计、旁侧出水流量计、污水流量计、温度传感器、pH传感器、加药泵、回水流量计连接。
2.根据权利要求1所述的同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统，其特征在于:所述的沉淀池底部设有排空阀。
3.根据权利要求1所述的同步实现工业循环水软化和污水磷回收的系统，其特征在于:所述的反应池内设有搅拌器。
【文档编号】C02F9/14GK203976573SQ201320844859
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】龚灵潇, 刘志娟 申请人:中国联合工程公司