同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及装置。该装置包括A/A/O单元、臭氧处理单元和磷回收单元；臭氧处理单元包括相连接的臭氧反应器和臭氧发生器；磷回收单元包括磷释放池、前沉淀池、磷回收池、后沉淀池和污泥储存池；磷释放池、前沉淀池、磷回收池和后沉淀池依次连通，磷回收池还与加药装置相连接；前沉淀池的底端与后沉淀池的顶端均与污泥储存池相连通；污泥储存池与A/A/O单元中的缺氧池相连通；A/A/O单元中的沉淀池的底端与臭氧反应器的进泥口相连通；磷释放池与臭氧反应器的排泥口和厌氧池相连通。本发明在保持污水脱氮除磷效能的前提下，同步实现了剩余污泥减排和磷资源回收，降低了污泥处理处置的成本。
【专利说明】同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方 法以及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及 装置，属于污水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 大量剩余污泥的产生已经成为生物处理工艺面临的一个重要问题。剩余污泥不经 有效处理处置将会直接或者间接威胁环境安全和公众健康，使污水处理的环境效益大大降 低，甚至引发社会公众事件。现行的污泥处理技术主要包括：消化和发酵。污泥处置可分 为资源化处置和非资源化处置，前者包括土地利用、污泥农用、焚烧发电以及建筑材料利用 等，后者是指卫生填埋。剩余污泥的处理和处置在污水处理厂的运行费用中占有很大的比 例，并且随着人们对于污泥处理处置带来的各种环境污染问题的敏感度不断上升，污泥处 理的要求越来越高，污泥处置也受到严格的限制，污泥处理处置的成本将不断升高，其在污 水处理成本中所占比重也将不断增大。由于剩余污泥具有量大和成分复杂等特点，使其在 处理和处置过程中易产生二次污染。因此，污泥减量技术受到关注，研究者们从不同的角度 对其进行了研究。
[0003] 现有的污泥减量方法可以分为三类：物理法、化学法和生物法。物理法主要包括机 械作用、热处理、微波、超声波、辐射等，但由于其能耗很大成本很高，在大规模污水处理中 使用很不经济。化学法主要包括酸碱处理、Fenton试剂氧化、超临界水氧化、化学制剂解偶 联等，但需要长期投加大量的化学药品，维持一定的反应条件，对反应器的要求高，而且存 在产生二次污染的危险，因此在大规模的污水处理中推广使用较难。生物法主要包括生物 捕食、生物酶、多功能微生物制剂等，但该方法的影响因素较多，而且规模越大越难以控制。 因此，将污泥减量方法与污水生物处理工艺相结合的污泥源头减量技术对于解决剩余污泥 问题具有重要的意义。
[0004] 其中，污泥臭氧处理与活性污泥工艺相结合的污泥臭氧减量技术已经被证明是一 项技术可行性较好的污泥减量技术。污泥经臭氧处理后胞内物质溶出，将其回流至生物处 理系统后，系统内微生物可利用这部分物质进行隐性生长，从而实现污泥减量。该技术具有 效率高、操作简单、无二次污染等优点。但是，该技术也存在一些不足，例如臭氧处理后的污 泥回流至生物系统可能会导致出水水质恶化，污水处理效能下降，尤其是对于磷的去除。
[0005] 水体富营养化主要是由氮、磷等营养元素向水体中过量排放引起的，因此脱氮除 磷成为污水处理的基本要求之一。Α/Α/0工艺在我国被广泛用于二级或三级污水处理以及 中水回用中，具有良好的脱氮除磷效果。生物脱氮是依靠好氧硝化和缺氧反硝化实现的，在 实际应用中往往存在反硝化碳源不足的问题，需要添加外加碳源，从而导致污水处理成本 的升高。污泥臭氧处理过程中释放到上清液中的有机物可以作为反硝化的碳源。因此，A/ A/0工艺与污泥臭氧处理结合可以减少甚至避免外加碳源的添加。生物除磷是利用聚磷菌 一类的微生物厌氧释磷和好氧吸磷的特性，将污水中的磷转移到活性污泥中，再通过适量 的排泥将磷排出生物处理系统，从而达到污水除磷的效果。但是，随着污水处理规模的增 大、处理标准的提高和处理功能的扩展，富磷污泥的产量大幅增加，而且传统的富磷污泥处 理处置手段会导致磷元素的大量流失和排放。Α/Α/0工艺和污泥臭氧处理结合可以大幅降 低剩余污泥排放，但是污泥减排会导致磷在生物系统内累积，使得出水中的磷逐渐升高，导 致生物系统除磷效能的下降甚至丧失。而且，生物除磷效能难以较大程度的提升，难以满足 越来越严格的污水处理标准。
[0006] 由于矿物磷源的逐渐减少，磷资源耗竭已经成为一个受到人们关注的问题。污水 和污泥中含有大量的磷，可以作为磷源。因此，将化学磷回收工艺与Α/Α/0工艺和污泥臭氧 处理结合起来，不仅可以为因污泥减量而累积在生物系统内的磷找到一个出口，而且可以 以磷酸盐的形式回收磷元素。磷回收的方式会影响到磷回收效率和污水除磷效果。例如，从 臭氧处理后污泥上清液中回收磷的效率受到污泥臭氧处理中磷释放和污泥减量率的限制， 难以完全补偿由于污泥减量引起的生物系统除磷效能的下降；从厌氧池上清液中回收磷的 效率受到厌氧池污泥释磷能力的影响，而且磷回收比例过大会导致生物系统内微生物群落 的变化，从而影响系统污水处理的效能。
[0007] 综上所述，寻找一种既能保持污水脱氮除磷效能又可以同步实现剩余污泥减排和 磷资源回收的工艺对于解决剩余污泥和磷资源耗竭问题具有重要的意义。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的 方法以及装置，使用本发明提供的装置以及方法进行污水处理时，能够在保持污水脱氮除 磷效能的前提下，同步实现剩余污泥减排和磷资源回收，降低了污泥处理处置的成本。
[0009] 本发明所提供的同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置，包 括Α/Α/0单元、臭氧处理单元和磷回收单元；
[0010] 所述臭氧处理单元包括相连接的臭氧反应器和臭氧发生器；
[0011] 所述磷回收单元包括磷释放池、前沉淀池、磷回收池、后沉淀池和污泥储存池；所 述磷释放池、前沉淀池、磷回收池和后沉淀池依次连通，所述磷回收池还与加药装置相连 接；所述前沉淀池的底端与所述后沉淀池的顶端均与所述污泥储存池相连通；所述污泥储 存池与所述Α/Α/0单元中的缺氧池相连通；
[0012] 所述Α/Α/0单元中的沉淀池的底端与所述臭氧反应器的进泥口相连通；
[0013] 所述磷释放池与所述臭氧反应器的排泥口和所述厌氧池相连通。
[0014] 本发明提供的装置，所述臭氧处理单元还包括制氧机，所述制氧机与所述臭氧发 生器相连通，以提高臭氧产生效率。
[0015] 本发明提供的装置中，所述Α/Α/0单元采用现有的脱氮除磷工艺，其中，厌氧池、 缺氧池、好氧池和沉淀池依次连接，厌氧池、缺氧池和好氧池可以合并设置，也可以单独设 置，还可以将厌氧池单独设置、缺氧池和好氧池合并设置。当好氧池与缺氧池分开设置时， 二者之间通过内回流装置连接；当好氧池与缺氧池合并设置时，利用隔板将二者隔开，同时 利用好氧池底部的坡度实现污泥混合液的回流，可以不设内回流装置。
[0016] 本发明还进一步提供了利用上述装置同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷 资源回收的方法，包括如下步骤：
[0017] (1)污水流经所述Α/Α/0单元进行有机物去除和脱氮除磷；在所述沉淀池内进行 泥水分离后得到的污泥，其中一部分污泥回流至所述Α/Α/0单元中的厌氧池，一部分污泥 作为剩余污泥进行排放，一部分污泥进入所述臭氧处理单元；
[0018] (2)经所述臭氧处理单元处理后的污泥与来自所述厌氧池的污泥在所述磷释放池 内混合后于所述前沉淀池内进行泥水分离，产生的上清液I进入所述磷回收池中进行化学 磷回收，所述前沉淀池底部的污泥进入所述污泥储存池；
[0019] (3)所述上清液I与磷回收试剂在所述磷回收池内作用，产生的混合液于所述后 沉淀池中进行固液分离，得到磷酸盐沉淀和上清液II，所述上清液II进入所述污泥储存池 中；
[0020] (4)所述污泥储存池中的混合液流入至所述缺氧池中。
[0021] 上述的方法中，所述Α/Α/0单元产生的污泥在所述臭氧处理单元中与臭氧气体发 生反应，实现污泥减量。用于臭氧处理的污泥量可由MLSS的物料守恒模型确定。在该模型 中，认为污泥减量完全由臭氧处理实现，因此，在臭氧处理中减少的污泥量与剩余污泥减排 量相等。用于臭氧处理的污泥的流量和剩余污泥的流量可以根据下式估算。
【权利要求】
1. 一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置，其特征在于： 所述装置包括Α/Α/0单元、臭氧处理单元和磷回收单元； 所述臭氧处理单元包括相连接的臭氧反应器和臭氧发生器； 所述磷回收单元包括磷释放池、前沉淀池、磷回收池、后沉淀池和污泥储存池；所述磷 释放池、前沉淀池、磷回收池和后沉淀池依次连通，所述磷回收池还与加药装置相连接；所 述前沉淀池的底端与所述后沉淀池的顶端均与所述污泥储存池相连通；所述污泥储存池与 所述Α/Α/0单元中的缺氧池相连通； 所述Α/Α/0单元中的沉淀池的底端与所述臭氧反应器的进泥口相连通； 所述磷释放池与所述臭氧反应器的排泥口和所述厌氧池相连通。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述臭氧处理单元还包括制氧机，所述制 氧机与所述臭氧发生器相连通。
3. 利用权利要求1或2所述装置同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收 的方法，包括如下步骤： (1) 污水流经所述Α/Α/0单元进行有机物去除和脱氮除磷；在所述沉淀池内进行泥水 分离后得到的污泥，其中一部分污泥回流至所述Α/Α/0单元中的厌氧池，一部分污泥作为 剩余污泥进行排放，一部分污泥进入所述臭氧处理单元； (2) 经所述臭氧处理单元处理后的污泥与来自所述厌氧池的污泥在所述磷释放池内混 合后于所述前沉淀池内进行泥水分离，产生的上清液I进入所述磷回收池中进行化学磷回 收，底部的污泥进入所述污泥储存池； (3) 所述上清液I与磷回收试剂在所述磷回收池内作用，产生的混合液于所述后沉淀 池中进行固液分离，得到硫酸盐沉淀和上清液II，所述上清液II进入所述污泥储存池中； (4) 所述污泥储存池中的混合液流入至所述缺氧池中。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1)中，所述污水的平均污泥浓度为 3 ?4g/L ; 所述好氧池内污泥浓度为3-4g/L ; 所述Α/Α/0单元进行脱氮除磷的过程中，硝化液内回流比为100 %?200 %，污泥回流 比为25%?100%。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：步骤（2)中，所述臭氧处理单元处理 过程中，臭氧的投料量为〇. 1?〇. 15g 03/g SS，其中SS表示悬浮固体物质。
6. 根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤（3)中，所述磷回收试剂 为石灰、钙盐、铵盐/镁盐、铝盐和铁盐中至少一种。
7. 权利要求1或2所述同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置在 污水处理中的应用。
【文档编号】C02F11/06GK104085987SQ201410328203
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】强志民, 汪鲁, 董慧峪 申请人:中国科学院生态环境研究中心