申请日2017.07.28
公开(公告)日2017.09.29
IPC分类号C02F9/14; C02F11/08; C02F11/00
摘要
本发明公开了一种强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置及工艺方法。该装置主要包括生物处理系统、剩余污泥氧化分解系统、诱导结晶除磷及回收系统;诱导结晶除磷反应器通过结晶液回流装置分别与生物处理系统中的厌氧池和缺氧池的进水口连接;生物处理系统中二沉池通过硝化液回流装置与缺氧池的进水口连接;生物处理系统中二沉池通过污泥回流装置与厌氧池的进水口连接。本发明工艺方法中，含有高浓度SCOD结晶回流液可回流至缺氧池进行强化脱氮处理或回流至厌氧池进行强化除磷处理。本发明能够使生物脱氮与生物除磷的矛盾得到缓解，脱氮和除磷的效率均较高，且系统的产泥量少，控制简单，易用生产实施，具有潜在广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置，其特征在于：它包括从进水口端开始依次连接的生物处理系统、剩余污泥氧化分解系统、诱导结晶除磷及回收系统，以及它们的辅助系统;所述生物处理系统包括首尾相连的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池，所述剩余污泥氧化分解系统包括SBR池，所述诱导结晶除磷及回收系统包括诱导结晶除磷反应器;所述辅助系统包括搅拌器、进水口、污泥回流装置、硝化液回流装置、结晶液回流装置、出水口、剩余污泥排放装置;所述诱导结晶除磷反应器通过结晶液回流装置分别与生物处理系统中厌氧池和缺氧池的进水口端管道连接，并分别设有阀门;所述生物处理系统中二沉池通过硝化液回流装置与缺氧池的进水口端管道连接;所述生物处理系统中二沉池通过污泥回流装置与厌氧池的进水口管端管道连接。
2.根据权利要求1所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置，其特征在于：所述生物处理系统中，厌氧池的首端与进水口连接，二沉池的末端与出水口连接;二沉池的底端通过与污泥回流装置与厌氧池的进水口端管道连接，二沉池的顶部通过硝化液回流装置与缺氧池的进水口端管道连接;厌氧池和缺氧池内设有搅拌器，好氧池的底部与曝气系统连接。
3.根据权利要求1所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置，其特征在于：所述剩余污泥氧化分解系统中，SBR池上部分别与二沉池底部和高铁酸钾投加系统连通，SBR池底部设有剩余污泥排放装置，SBR池上部一侧与中间水池连通，SBR池中设有搅拌器。
4.根据权利要求1所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置，其特征在于：所述诱导结晶除磷及回收系统中，诱导结晶除磷反应器的上部通过结晶液回流装置分别与生物处理系统中厌氧池和缺氧池的进水口端管道连接，并分别设有阀门;诱导结晶除磷反应器的底部与中间水池连通，诱导结晶除磷反应器的底部分别与含磷晶体回收装置、曝气系统和结晶药剂投加系统连接。
5.一种基于权利要求1所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)待处理污水通过进水口进入生物处理系统，经过厌氧、缺氧、好氧、沉淀反应处理后通过出水口排出，而剩余污泥或是通过污泥回流装置回流入厌氧池的进水口端，或是进入剩余污泥氧化分解系统;
(2)进入剩余污泥氧化分解系统的剩余污泥，在SBR池采用进泥和投药、反应、沉淀、排水、排泥、闲置工序运行，进泥和投药及反应时间控制在120～300min之间，沉淀时间为120min，排水时间为60min，排泥时间为60min，闲置时间为0～60min，反应周期为8～12h;
(3)生物处理系统产生的剩余污泥采用间歇式的方式排入SBR池，与污泥氧化分解药剂即高铁酸钾和/或臭氧强化药剂混合反应使其破壁分解即溶胞，进而产生高浓度溶解性有机物即SCOD、溶解性正磷和氨氮;沉淀工序使剩余污泥与SCOD、溶解性正磷和氨氮实现分离;排水工序使富含有机物即COD和溶解性正磷上清液进入诱导结晶除磷及回收系统中的诱导结晶除磷反应器中;排泥工序使高浓度污泥通过剩余污泥排放装置进入污泥脱水车间;
(4)剩余污泥经过SBR池中高铁酸钾和/或臭氧氧化破壁以后，污泥脱水性能得到显著改善，进而有利于污泥减容减量;中间水池中排水工序产生的高浓度有机物即COD和正磷上清液经过诱导结晶除磷反应器中结晶药剂处理后，污水中的磷得到去除，同时回收得到磷酸氨镁结晶;
(5)从诱导结晶除磷反应器的上部通过结晶液回流装置流出的含有高浓度SCOD结晶回流液根据处理要求进行回流;当系统强化生物脱氮时该回流液回流至生物处理系统的缺氧池;当系统强化生物除磷时该回流液应回流至生物处理系统的厌氧池;
(6)当高浓度SCOD结晶回流液回流至缺氧池时，含氮磷污水经过厌氧、强化缺氧、好氧、沉淀反应处理后排出，含有高浓度SCOD结晶回流液为异养反硝化菌提供了足够的碳源，进而增加了反硝化脱氮反应速率，实现强化生物脱氮;当高浓度SCOD结晶回流液回流至厌氧池时，含氮磷污水经过强化厌氧、缺氧、好氧、沉淀反应处理后排出，含有高浓度SCOD结晶回流液为聚磷菌提供了足够可利用碳源，进而提高聚磷菌释磷速率和糖原合成速率，为聚磷菌好氧吸磷奠定良好的基础。
6.根据权利要求5所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置的工艺方法，其特征在于：步骤(3)中，污泥氧化分解药剂为高铁酸钾与臭氧中的一种或两种的组合;其中，当高铁酸钾单独投加时其投加到污水中的浓度为20～300mg/L，当臭氧单独投加时其投加到污水中的浓度为5～120mg/L，当高铁酸钾和臭氧联合投加时，高铁酸钾投加到污水中的浓度为10～120mg/L，臭氧投加到污水中的浓度为3～60mg/L。
7.根据权利要求5所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置的工艺方法，其特征在于：步骤(4)中，诱导结晶除磷反应器中的结晶药剂为CaCl2或MgCl2或两者的混合溶液，仅为CaCl2药剂时Ca/P摩尔比控制在1.2～3.0，仅为MgCl2药剂时Mg/P摩尔比控制在1.0～2.0，为两者的混合溶液时，Ca/P摩尔比控制在0.8～2.0，Mg/P摩尔比控制在0.4～1.0。
8.根据权利要求5所述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置的工艺方法，其特征在于：步骤(4)的诱导结晶除磷反应器中，诱导结晶晶种由钢渣和电解锰渣组成，钢渣与电解锰渣的质量比在0.1～0.2，投加量控制在5～50g/L。
说明书
一种强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置及工艺方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置及方法，适用于城市生活污水处理及低碳氮比污水、高浓度氮磷工业废水和农村生活污水处理。
背景技术
我国城市污水具有低碳氮比的特点，常规同步脱氮除磷工艺，如A2O工艺等，在处理该废水时存在碳源竞争、污泥龄等矛盾与问题，且也会出现剩余污泥产量大及脱水困难等不足。因此，研发新的高效同步脱氮除磷技术与工艺来解决碳源矛盾、泥龄矛盾与硝酸盐问题等是当今污水处理领域的研究热点之一;磷为不可再生资源，为了使其能够持续循环利用，国内外相关学者已将研究视角从污水中去除磷向去除和回收磷的转变。
高铁酸钾等强氧化剂具有吸附、絮凝、沉淀、消毒、脱色与除臭等功能。近年来，高铁酸钾主要是用于消毒和污泥减量化;诱导结晶工艺可实现废水中磷酸根和氨氮等营养物质回收再利用;但是目前结合生物脱氮除磷、强氧化和诱导结晶等三种技术的优点来处理低碳氮比污水未见报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种将A2O同步脱氮除磷技术与高铁酸钾强氧化特性、诱导结晶技术三者有机地耦合组成的具有强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置，它包括从进水口端开始依次连接的生物处理系统、剩余污泥氧化分解系统、诱导结晶除磷及回收系统，以及它们的辅助系统;所述生物处理系统包括首尾相连的厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池，所述剩余污泥氧化分解系统包括SBR池，所述诱导结晶除磷及回收系统包括诱导结晶除磷反应器;所述辅助系统包括搅拌器、进水口、污泥回流装置、硝化液回流装置、结晶液回流装置、出水口、剩余污泥排放装置;所述诱导结晶除磷反应器通过结晶液回流装置分别与生物处理系统中厌氧池和缺氧池的进水口端管道连接，并分别设有阀门;所述生物处理系统中二沉池通过硝化液回流装置与缺氧池的进水口端管道连接;所述生物处理系统中二沉池通过污泥回流装置与厌氧池的进水口管端管道连接。
具体的，所述生物处理系统中，厌氧池的首端与进水口连接，二沉池的末端与出水口连接;二沉池的底端通过与污泥回流装置与厌氧池的进水口端管道连接，二沉池的顶部通过硝化液回流装置与缺氧池的进水口端管道连接;厌氧池和缺氧池内设有搅拌器，好氧池的底部与曝气系统连接。
具体的，所述剩余污泥氧化分解系统中，SBR池上部分别与二沉池底部和高铁酸钾投加系统连通，SBR池底部设有剩余污泥排放装置，SBR池上部一侧与中间水池连通，SBR池中设有搅拌器。
具体的，所述诱导结晶除磷及回收系统中，诱导结晶除磷反应器的上部通过结晶液回流装置分别与生物处理系统中厌氧池和缺氧池的进水口端管道连接，并分别设有阀门;诱导结晶除磷反应器的底部与中间水池连通，诱导结晶除磷反应器的底部分别与含磷晶体回收装置、曝气系统和结晶药剂投加系统连接。
本发明将A2O同步脱氮除磷技术与高铁酸钾强氧化特性、诱导结晶技术三者有机地耦合。首先，通过高铁酸钾的强氧化作用将A2O反应器产生的剩余污泥分解氧化(溶胞)，短时间内实现剩余污泥的COD、磷和氨氮的释放;其次，通过沉淀分离作用将剩余污泥与溶解性磷、SCOD和氨氮等物质分离;再次，通过诱导结晶反应器去除并回收正磷和部分氨氮;最后，将含有高浓度SCOD的诱导结晶反应器出水回流至A2O反应器的缺氧池或厌氧池，进而强化缺氧池反硝化脱氮或者强化厌氧释磷。本发明能够使生物脱氮与生物除磷的矛盾得到缓解，通过生物脱氮和化学除磷耦合作用获得氮和磷的效率的高效去除，且系统的产泥量少，污泥易于脱水，控制简单，易用生产实施，具有潜在广阔的应用前景。
本发明的目的之二在于提供基于上述强化生物脱氮化学除磷的污水处理装置的工艺方法，它包括如下步骤：
(1)待处理污水通过进水口进入生物处理系统，经过厌氧、缺氧、好氧、沉淀反应处理后通过出水口排出，而剩余污泥或是通过污泥回流装置回流入厌氧池的进水口端，或是进入剩余污泥氧化分解系统;
(2)进入剩余污泥氧化分解系统的剩余污泥，在SBR池采用进泥和投药、反应、沉淀、排水、排泥、闲置工序运行，进泥和投药及反应时间控制在120～300min之间，沉淀时间为120min，排水时间为60min，排泥时间为60min，闲置时间为0～60min，反应周期为8～12h;
(3)生物处理系统产生的剩余污泥采用间歇式的方式排入SBR池，与污泥氧化分解药剂即高铁酸钾和/或臭氧强化药剂混合反应使其破壁分解即溶胞，进而产生高浓度溶解性有机物即SCOD、溶解性正磷和氨氮;沉淀工序使剩余污泥与SCOD、溶解性正磷和氨氮实现分离;排水工序使富含有机物即COD和溶解性正磷上清液进入诱导结晶除磷及回收系统中的诱导结晶除磷反应器中;排泥工序使高浓度污泥通过剩余污泥排放装置进入污泥脱水车间;
(4)剩余污泥经过SBR池中高铁酸钾和/或臭氧氧化破壁以后，污泥脱水性能得到显著改善，进而有利于污泥减容减量;中间水池中排水工序产生的高浓度有机物即COD和正磷上清液经过诱导结晶除磷反应器中结晶药剂处理后，污水中的磷得到去除，同时回收得到磷酸氨镁结晶;
(5)从诱导结晶除磷反应器的上部通过结晶液回流装置流出的含有高浓度SCOD结晶回流液根据处理要求进行回流;当系统强化生物脱氮时该回流液回流至生物处理系统的缺氧池;当系统强化生物除磷时该回流液应回流至生物处理系统的厌氧池;
(6)当高浓度SCOD结晶回流液回流至缺氧池时，含氮磷污水经过厌氧、强化缺氧、好氧、沉淀反应处理后排出，含有高浓度SCOD结晶回流液为异养反硝化菌提供了足够的碳源，进而增加了反硝化脱氮反应速率，实现强化生物脱氮;当高浓度SCOD结晶回流液回流至厌氧池时，含氮磷污水经过强化厌氧、缺氧、好氧、沉淀反应处理后排出，含有高浓度SCOD结晶回流液为聚磷菌提供了足够可利用碳源，进而提高聚磷菌释磷速率和糖原合成速率，为聚磷菌好氧吸磷奠定良好的基础。
具体的，步骤(3)中，污泥氧化分解药剂为高铁酸钾与臭氧中的一种或两种的组合;其中，当高铁酸钾单独投加时其投加到污水中的浓度为20～300mg/L，当臭氧单独投加时其投加到污水中的浓度为5～120mg/L，当高铁酸钾和臭氧联合投加时，高铁酸钾投加到污水中的浓度为10～120mg/L，臭氧投加到污水中的浓度为3～60mg/L。
具体的，步骤(4)中，诱导结晶除磷反应器中的结晶药剂为CaCl2或MgCl2或两者的混合溶液，仅为CaCl2药剂时Ca/P摩尔比控制在1.2～3.0，仅为MgCl2药剂时Mg/P摩尔比控制在1.0～2.0，为两者的混合溶液时，Ca/P摩尔比控制在0.8～2.0，Mg/P摩尔比控制在0.4～1.0。
具体的，步骤(4)的诱导结晶除磷反应器中，诱导结晶晶种由钢渣和电解锰渣组成，钢渣与电解锰渣的质量比在0.1～0.2，投加量控制在5～50g/L。
相比现有技术，本发明的有益效果体现如下：
(1)本发明的工艺在缺氧池或厌氧池前增加了结晶回流液，该回流液中含有高浓度的COD，为缺氧反硝化或厌氧释磷提供了额外的碳源，强化了反硝化脱氮过程，进而提高系统脱氮效率或除磷效率。
(2)本发明的工艺中具有高铁酸钾或臭氧等强氧化过程，使大量的磷从细胞内释放到细胞外，有利于诱导结晶化学除磷及其磷资源化回收利用。
(3)本发明的工艺中具有高铁酸钾或臭氧等强氧化过程，使污泥中的结合水得到释放，有利于剩余污泥脱水及其污泥减量化处置。
(4)本发明的高铁酸钾/诱导结晶耦合强化生物脱氮与化学除磷的污水处理方法，所需设备简单、操作简单、控制简单，有利于生产实施。
