一种基于化学强化一级沉淀联合碱性厌氧发酵的废水磷回收工艺的制作方法

本发明属于废水资源化技术领域，涉及到一种从废水中化学除磷且回收污泥中磷的方法，特别涉及到废水中磷去除、污泥中磷释放、含磷上清液磷回收、含磷沉淀产品干燥内容。

背景技术：

磷是生物体内不可缺少的常量营养素，在生物生长发育及育种中起着举足轻重的作用。然而，磷也是一种有限的资源，据报道现有的磷矿沉积物将在50-100年内耗尽。磷除了作为一种资源日益减少之外，如果在地表水中含量很高，磷也是造成废水中水体富营养化的主要污染物，造成重大的环境问题。过去半个世纪以来，人类对全球磷循环的干预已经将近5亿吨磷从磷矿移动到水圈中。因此，磷的去除与从营养物质中回收废物对生态安全和可持续发展具有重要意义。近年来，由于废水处理的排放标准越来越严格，废水中磷的回收受到了越来越多的关注。据报道，世界需求量的15-20％对于磷矿石，理论上可以通过合理回收利用生活污水中的磷来满足。

废水中进行磷的去除和回收，需要解决三个技术问题：一是如何高效的将废水中的磷去除，二是如何将富集于污泥中的磷更经济更高效的释放出来，三是如何将污泥磷释放后含磷上清液中的磷进行充分有效地回收。常规的废水中磷去除有生物处理法和化学除磷法，生物处理法通过剩余污泥排放和处理可以从废水中去除部分磷，一些特殊工艺或经过调整运行方式以后具有除磷功能的普通工艺可以取得较好的除磷效果，具体方法有a/o，a²/o、sbr、氧化沟等。化学除磷是向水中投加化学药剂，生成不溶性的磷酸盐，然后再利用沉淀、气浮或过滤等方法将磷从污水中除去。用于化学除磷的常用药剂有石灰，铝盐和铁盐等三大类。但生物处理法的除磷效果有限，当磷的排放标准很高时，往往需要使用化学除磷或将生物法与化学除磷结合起来使用。化学强化一级沉淀(ceps)可以通过沉淀从废水中去除更多的有机物和大部分磷，并且操作简单，运行成本更低，以及减少废水处理的空间和能源使用。目前，包括香港，上海，洛杉矶和墨西哥城在内的一些特大城市已经实施了全面的ceps设施，提高了污染物清除的成本效益，但能获得大量的富磷剩余污泥，利于磷的回收利用，因此既能获得宝贵的磷资源，又可以一定程度上实现污泥减量化。此外，常见的污泥消解实现磷释放方法可分为物理方法和化学方法，其中物理方法有高压喷射法、微波辐射法、加热法等；化学方法有臭氧氧化法、氯气氧化法、化学酸化/碱化提取等。但是，传统的物理方法大都存在污泥磷释放困难、磷释放不充分以及能耗较大的问题；化学方法如臭氧氧化法和氯气氧化法往往运行费用较高，运行过程控制相对复杂。

技术实现要素：

发明目的：废水中磷去除和回收的方法，需要解决三个技术问题：一是如何高效的将废水中的磷去除，二是如何将富集于污泥中的磷更经济更高效的释放出来，三是如何将污泥磷释放后含磷上清液中的磷进行充分有效地回收，因此，本发明目的在于提供一种基于化学强化一级沉淀联合碱性厌氧发酵的废水磷回收工艺。

技术方案：为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于化学强化一级沉淀联合碱性厌氧发酵的废水磷回收工艺，包括以下步骤：

(1)对废水投加混凝剂获得ceps污泥，并进行离心固液分离；

(2)取离心后的污泥，采用厌氧发酵装置并投加氢氧化钠调节ph的方法，进行污泥厌氧发酵释磷；

(3)对污泥磷释放后的污泥上清液进行离心固液分离，对固液分离后的含磷上清液投加镁源进行磷沉淀，得到磷酸铵镁沉淀物，实现磷回收；

(4)对磷酸铵镁沉淀产品进行干燥，即得到磷回收产品。

优选：

步骤(1)中混凝剂为铁盐或铝盐，用量为10-40mg/l。

步骤(1)中离心条件：转速：3000-8000rpm，离心时间：10-20min。

步骤(2)中调节ph为9.0-11.0。

步骤(3)中离心条件：转速：3000-8000rpm，离心时间：10-20min。

步骤(3)中投加镁源，按镁磷摩尔比为1.5-2.0投加，反应15min以上。

步骤(4)中干燥采用风干或低温烘干方法，低温温度为35℃～50℃。

本发明使用的是ceps和碱性厌氧发酵组合法，它有如下优点：(1)ceps使废水中磷去除过程更快速更高效；(2)碱性厌氧发酵污泥能抑制产甲烷菌活性，提高挥发性脂肪酸(vfas)产量的同时进而加速磷的释放；并且能够抑制重金属的释放，(3)由于碱性发酵液的ph是碱性，可直接投加镁源回收上清液中的磷，不需要额外在调节ph，提高了工作效率，节约能耗。

从液相中回收磷的最常用方法是通过含磷矿物质如磷酸钙和鸟粪石的非生物沉淀。尤其是鸟粪石(磷酸镁铵)，它是一种含有三营养元素n，p和mg，可直接用作环保型缓释肥料。因此，具有很大的潜力来补充日益稀缺的磷的来源，并且减少排放废水进入环境的危险。因此，废水中的鸟粪石沉淀不仅可以回收缓释肥料等营养物质，而且可以在一定程度上消除水体的富营养化。本发明可直接于发酵上清液中投加镁源实现磷的回收，实现降低工艺成本的目的。

技术效果：相对于现有技术，本发明是针对污水污理厂磷去除和资源回收，先采用ceps工艺将废水中的磷富集到ceps污泥中，再利用碱性发酵将污泥中的磷释放出来，然后直接投加镁源进行污泥磷回收，降低了废水的富营养化程度，并提高了工作效率，降低能耗，节约药剂成本，获得了较高的磷回收效率，并一定程度上实现污泥减量化。

附图说明

图1：本发明所述废水磷回收方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案，以及结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

污水处理厂废水磷回收方法包括以下工艺步骤：

废水除磷步骤

废水来源：某污水处理厂初沉池中污水

ceps污泥磷释放步骤：

添加fecl3混凝剂，根据实验所得最佳投量为25mg/l的混凝剂投量对污水混凝，取混合液于以下条件进行离心固液分离获得富磷ceps污泥。

离心条件：转速：5000rpm，离心时间：15min。

将ceps污泥和种子污泥置于发酵罐中，用2mnaoh调节ph为11.0，发酵7天，污泥中90％以上的磷释放到上清液中。

磷回收步骤

按以下条件进行离心固液分离获得富磷发酵上清液。

离心条件：转速：5000rpm，离心时间：15min

直接投加镁磷比为2:1的氯化镁于上清液中，反应15min，静置1小时，离心获得沉淀鸟粪石，于40℃条件下烘干，得到干燥的磷回收产品。经计算，ceps的铁污泥中75％的磷可被回收。

实施例2

污水处理厂废水磷回收方法包括以下工艺步骤：

废水除磷步骤

废水来源：某污水处理厂初沉池中污水

ceps污泥磷释放步骤：

添加聚合氯化铝混凝剂，依据实验所得最佳投量为20mg/l的混凝剂投量对污水混凝，取混合液于以下条件进行离心固液分离获得富磷ceps污泥。

离心条件：转速：5000rpm，离心时间：15min。

将ceps污泥和种子污泥置于发酵罐中，用2mnaoh调节ph为11.0，发酵7天，污泥中90％以上的磷释放到上清液中。

磷回收步骤

按以下条件进行离心固液分离获得富磷发酵上清液。

离心条件：转速：5000rpm，离心时间：15min

直接投加镁磷比为2:1的氯化镁于上清液中，反应15min，静置1小时，离心获得沉淀鸟粪石，于40℃条件下烘干，得到干燥的磷回收产品。经计算，ceps的铁污泥中70％的磷可被回收。

实施例3

污水处理厂废水磷回收方法包括以下工艺步骤：

废水除磷步骤

废水来源：某污水处理厂初沉池中污水

ceps污泥磷释放步骤：

添加硫酸铁混凝剂，根据实验所得最佳投量为30mg/l的混凝剂投量对污水混凝，取混合液于以下条件进行离心固液分离获得富磷ceps污泥。

离心条件：转速：5000rpm，离心时间：15min。

将ceps污泥和种子污泥置于发酵罐中，用2mnaoh调节ph为11.0，发酵7天，污泥中90％以上的磷释放到上清液中。

磷回收步骤

按以下条件进行离心固液分离获得富磷发酵上清液。

离心条件：转速：5000rpm，离心时间：15min

直接投加镁磷比为2:1的氯化镁于上清液中，反应15min，静置1小时，离心获得沉淀鸟粪石，于40℃条件下烘干，得到干燥的磷回收产品。经计算，ceps的铁污泥中73％的磷可被回收。

实施例4

污水处理厂废水磷回收方法包括以下工艺步骤：

废水除磷步骤

废水来源：某污水处理厂初沉池中污水

ceps污泥磷释放步骤：

添加聚合氯化铝混凝剂，投量为10mg/l的混凝剂投量对污水混凝，取混合液于以下条件进行离心固液分离获得富磷ceps污泥。

离心条件：转速：3000rpm，离心时间：20min。

将ceps污泥和种子污泥置于发酵罐中，用2mnaoh调节ph为10.0，发酵7天，污泥中90％以上的磷释放到上清液中。

磷回收步骤：

按以下条件进行离心固液分离获得富磷发酵上清液。

离心条件：转速：3000rpm，离心时间：20min

直接投加镁磷比为1.5:1的氯化镁于上清液中，反应30min，静置1小时，离心获得沉淀鸟粪石，于35℃条件下烘干，得到干燥的磷回收产品。经计算，来自ceps污泥中的磷71％能被回收。

实施例5

污水处理厂废水磷回收方法包括以下工艺步骤：

废水除磷步骤

废水来源：某污水处理厂初沉池中污水

ceps污泥磷释放步骤：

添加硫酸铁混凝剂，投量为40mg/l的混凝剂投量对污水混凝，取混合液于以下条件进行离心固液分离获得富磷ceps污泥。

离心条件：转速：8000rpm，离心时间：10min。

将ceps污泥和种子污泥置于发酵罐中，用2mnaoh调节ph为9.5，发酵7天，污泥中90％以上的磷释放到上清液中。

磷回收步骤：

按以下条件进行离心固液分离获得富磷发酵上清液。

离心条件：转速：8000rpm，离心时间：10min

直接投加镁磷比为1.8:1的氯化镁于上清液中，反应45min，静置1小时，离心获得沉淀鸟粪石，于50℃条件下烘干，得到干燥的磷回收产品。经计算，ceps污泥中72％的磷能被回收。