一种耦合式污水生物脱氮除磷与磷酸盐回收的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耦合式污水生物脱氮除磷与磷酸盐回收的方法，具体是一种污水脱氮除磷生物处理及在污水生物处理过程中进行磷酸盐回收的方法。属于污水生物处理技术领域。
【背景技术】
[0002]磷元素是一种几乎不可再生和替代的自然资源，据报道，根据现有的开采技术，全球陆地上可开采的磷矿只能够使用50年左右。另一方面，从人类社会中过量排放的磷是引起水体富营养化的重要原因之一。
[0003]传统的生活污水处理厂采用的工艺中，除磷是利用一类叫聚磷菌(PAO)的微生物，PAO在厌氧条件下摄取污水中的有机物，同时释放胞内储存的聚磷。在生活污水处理的好氧或缺氧阶段，利用在厌氧条件下胞内积累的碳源过量摄取污水中的磷，使产生的剩余污泥中富含大量的磷，污水厂通过排除这种富磷污泥，达到除磷的目的。例如诞生于上世纪80年代的A2/0工艺就是一种经典的生物脱氮除磷工艺，是目前我国污水厂普遍采用的一种工艺。然而上述生物处理工艺是完全将污水中的磷当作废弃物而不是资源来对待的。
[0004]荷兰代尔夫特大学研发的BCFS工艺，是一种化学除磷和生物除磷有效结合的新型脱氮除磷工艺，BCFS工艺不仅仅是简单地除去污水中的磷，而且还提供了回收磷的可能和机会，由于进水中的磷一部分以化学沉淀的方式除去，BCFS工艺产生的剩余污泥中的磷含量会降低。如今带有磷回收功能的新型污水生物处理工艺在国内外已有不少人在研究，例如之前郝晓地等人的发明专利《一种从污水生物处理过程中进行化学磷回收的方法》(申请号200710143258.7)。这些工艺都有一个共同点:通过除磷脱氮系统中的厌氧池富集磷酸盐。厌氧池的作用是让PAO得到足够的碳源释放磷，从而保证后续的好氧池中磷的吸收，不是专门用于磷酸盐的回收，在某些情况下，例如污泥负荷低的时候，厌氧池中的磷酸盐浓度将会比较低，使得接下来的化学沉淀步骤增加了难度，如果通过投加碳源或者改变厌氧池体积和工作参数来提升厌氧池中的磷酸盐浓度，在经济性上有待商榷，并且有可能影响整个生物处理系统的稳定性。
[0005]目前最有应用价值的回收磷资源的形式有两种:鸟粪石和磷酸钙。鸟粪石由于其溶解速率慢，化学性质稳定，不易变质，易于长期保存等性质，是一种优质的缓释肥料。从污水中回收的磷酸钙在很多方面与矿物磷块盐非常相似，是磷酸盐工业的理想原料，且磷酸钙回收要比鸟粪石回收更容易实现，BCFS等工艺都选择磷酸钙的回收形式，在本发明中也同样采用磷酸钙的回收形式。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于公开一种耦合式污水生物脱氮除磷与磷酸盐回收的方法。用该方法处理污水，可以增强磷酸盐回收的效果，降低脱氮除磷成本，提升脱氮除磷出水水质。
[0007]为了达到上述目的，本发明研究发现:在生物脱氮除磷系统中的活性污泥含磷率较高，如果将进水中的磷全部回收定义为磷回收率是100%，每天从脱氮除磷系统的回流污泥中分流一部分污泥进行厌氧释磷反应，就可得到很高的磷回收率，这为序批式运行磷回收装置提供了可能。从磷回收角度看，如何富集到高浓度的磷酸盐至关重要，磷酸盐浓度越高，化学药剂利用率和回收产物的经济价值就越高。因此本发明不再直接从厌氧池中分流混合液，而是将浓度更高的回流污泥分流，并设置专门的侧流释磷系统，用灵活的操作方式达到适合的运行效果，减少了磷酸盐回收的成本，增加了磷酸盐回收的效率，同时兼顾污水脱氮除磷的处理效果。
[0008]本发明的工艺步骤如下:
[0009]第一步，构建与脱氮除磷工艺相耦合的侧流磷回收系统
[0010]侧流磷回收系统包括释磷池和化学沉淀池，释磷池设有两个进口和两个出口，一个进口为通过与污水处理单元进水管连接，接受进水的进水口，另外一个进口为接受脱氮除磷工艺二沉池底部污泥的进泥口 ；释磷池两个出口中一个为出水口，与化学沉淀池连接，另外一个为出泥口，与污水处理单元的缺氧单元连接；化学沉淀池设有两个出口，一个为出水口，将出水回流至污水处理单元的集水井与进水合并，另外一个为出泥口，所排出的泥中包含丰富的磷酸钙，用于回收磷；
[0011]第二步，释磷池的试运行
[0012]先运行脱氮除磷工艺，将总水力停留时间设定为8_20h，其中厌氧单元、缺氧单元的水力停留时间均为1.5-4h，好氧单元水力停留时间为5-12h，好氧单元到缺氧单元的内回流流量为进水流量的1-4倍，二沉池到厌氧单元的外回流的回流污泥流量为进水流量的0.5-1倍；当出水中总磷、总氮和氨氮都达到我国城镇污水处理厂排放标准(GB18918-2002)—级A标准，MLSS为3000mg/L左右，二沉池污泥中的含磷率大于4%时，即进行如下的释磷池试运行；
[0013]将释磷池运行周期设定为每天2个周期，每个周期的运行步骤如下:打开释磷池的两个进口，边搅拌，边进泥和进水，进入释磷池的进水体积为脱氮除磷工艺日总进水体积的5%，从二沉池进入释磷池的污泥的体积和进入释磷池的进水体积比为l:l，4h进完后停止搅拌，静置4h，释磷池自上而下分层得到富磷上清液和释磷后的污泥；将释磷池中上层的富磷上清液送入化学沉淀池，进行磷酸盐回收；将释磷池下层的释磷后污泥的3/4回流至脱氮除磷工艺的缺氧段，其余1/4污泥仍然保留在释磷池中，完成一个周期；释磷池试运行2天，共四个周期后进入第三步；
[0014]第三步，耦合式污水生物脱氮除磷与磷酸盐回收
[0015]释磷池试运行后，用连续脱氮除磷和序批式释磷相耦合的操作方式进行磷酸盐回收，先将释磷池的运行周期增加为每天2-4个周期，然后按如下方式进行耦合:将一部分二沉池污泥外回流到厌氧单元，另外一部分二沉池污泥引至释磷池，引入释磷池的二沉池污泥的量按释磷池进水:进泥=0.5-2.0:1体积比进行；每天进入释磷池的总泥量为污水厂进水日平均流量的10%以下，搅拌2-4h，停止搅拌静置2h-6h，释磷结束，释磷池自上而下分层得到富磷上清液和释磷后污泥；将富磷上清液排至化学沉淀池，进行磷酸盐的回收，将释磷后污泥部分回流至生物处理脱氮除磷工艺的缺氧单元，部分作为剩余污泥排放，6-12h为一个周期，完成一个周期后再进行下一个周期；
[0016]检测二沉池连续出水中总磷、总氮和氨氮达到我国城镇污水处理厂排放标准(GB18918-2002) 一级 A 标准；
[0017]上述将释磷后污泥部分回流至生物处理脱氮除磷工艺的缺氧单元，部分作为剩余污泥排放是:回流至生物处理脱氮除磷工艺的缺氧单元污泥体积和剩余污泥体积之和，等于进入释磷池的污泥体积。
[0018]上述将富磷上清液排至化学沉淀池，进行磷酸盐的回收，是将氢氧化钙加入化学沉淀池，加入量按钙磷摩尔比=1.0-2.0投加，搅拌20-30分钟后，静置1-5小时，化学沉淀池内的上清液回到污水处理单元的集水井与进水合并，化学沉淀池内的沉淀物中主要成分为磷酸钙，与进水总磷相比,磷回收率为20%-60%。
[0019]相对于以往的生物脱氮除磷工艺或磷回收工艺，本发明具有以下优势:
[0020]1，由于本发明专门设置了侧流释磷系统，用序批式操作方式进行磷酸盐回收，减少了磷回收的成本，增加了磷回收的效率，同时兼顾污水脱氮除磷的处理效果，达到既回收磷资源，又提高脱氮除磷效果，且成本低，是一种可持续发展的污水处理方法。
[0021]2，相比于已有的从污水处理工艺中厌氧池回收磷的工艺来说，本发明是从浓缩后的二沉池污泥回收磷，具有较高的磷回收率；整个系统的剩余污泥不再从二沉池排放，而是从释磷池排放，而且由于二沉池污泥经过磷释放工艺的处理后，污泥量有所减少，因此比一般除磷脱氮工艺产生的剩余污泥量少。
[0022]3，本发明的释磷池采用序批式灵活操作运行方式，并通过运行周期的控制，主要将聚磷菌内储存的聚磷分解，以磷酸盐的形式释放出来，并不破坏污泥本身的细胞结构，因此对于污泥的脱水性能影响不大；
[0023]4，由于本发明回收污泥中的磷后，剩余污泥中含磷量大大降低，可大大缓解后续污泥处理过程中由磷酸盐沉淀引起的设备结垢问题。
[0024]5，由于侧流释磷工艺回收了生物脱氮除磷工艺中的一部分磷，所以提高了生物处理系统的除磷效果；释磷后的污泥回流至生物处理系统的缺氧池，有利于实现反硝化吸磷效果，从而提高系统脱氮效率；所采用的释磷方法不需曝气，且在化学沉淀池投加钙盐回收磷，因此以较低成本实现磷回收利用。
【附图说明】
[0025]图1为与A2O生物脱氮除磷工艺耦合的磷酸盐回收系统流程示意图。
【具体实施方