申请日2013.01.11
公开(公告)日2013.06.12
IPC分类号C02F9/04; C02F1/66; C02F1/20
摘要
本发明提供一种污水处理与资源回收的方法和系统，用以实现除去污水中的磷和氮化合物，并将其富集成可利用的磷氮产物。本发明的方法包括：步骤1.1、将足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待处理的污水中;步骤1.2、将白云石石灰或白云石熟石灰与被处理的污水充分混合5~240min;步骤1.3、将反应产生的固体产物从被处理的水中分离出来;步骤1.4、用脱氨塔将被处理的水中的氨分子脱离到气相中;步骤1.5、用装有酸液的氨吸收塔将脱氨塔吹出的气体中的氨气进行吸收。本发明利用白云石石灰或白云石熟石灰为沉淀剂和pH调节剂，同时除去污水中的磷和铵氮，将污水中的磷富集在反应固体产物里，将污水中的铵氮富集在液体中，经济有效地实现了对污水的处理和资源的回收。
权利要求书
1.一种污水处理与资源回收的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1.1、将足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待处理的污水中;
步骤1.2、将白云石石灰或白云石熟石灰与所述污水充分混合反应 5~240min;
步骤1.3、将反应产生的固体产物从被处理的污水中分离出来;
步骤1.4、用脱氨塔将被处理的污水中的氨分子脱离到气相中;
步骤1.5、用装有酸液的氨吸收塔将脱氨塔吹出的气体中的氨气进行吸收。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中的白云石石 灰是直径小于10mm的白云石石灰颗粒或白云石石灰粉末。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：当所述步骤1.1采用白 云石石灰时，每升污水加入的白云石石灰的剂量与每升污水中磷酸根含量的比 例高于0.75，并使得被处理的污水的pH值大于8.5;当所述步骤1.1采用白云 石熟石灰时，每升污水加入的白云石熟石灰的剂量与每升污水中磷酸根含量的 比例高于1.0，并使得被处理的污水的pH值大于8.5。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中的白 云石熟石灰可以是白云石熟石灰粉或白云石熟石灰浆液;当所述步骤1.1采用 的是白云石石灰或白云石熟石灰浆液时，可先向所述白云石石灰或白云石熟石 灰浆液中加入酸液使其pH值为4~10.5，再将加入了酸液的白云石石灰或白云 石熟石灰浆液加入待处理的污水中。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1还包括： 在加入白云石石灰或白云石熟石灰之后，将碱性化合物作为辅助剂加入被处理 的污水中使得被处理的污水的pH值高于8.5。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述步骤1.3可以在 沉降器中或流化床反应器中完成，其中，当在沉降器中完成时，沉降时间为 20~120min;当在流化床反应器中完成时，被处理的污水在流化床反应器上部沉 降区的上升流线性流速低于0.6cm/min。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用离心和过滤法对从所述沉 降器或所述流化床反应器底部收集的沉淀物进行脱水并干燥后，制成磷铵固体 产品。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，从所述氨吸收塔吹出 的气体被直接引入所述脱氨塔用以脱氨。
9.一种污水处理与资源回收的系统，其特征在于，所述系统包括磷沉淀脱 氨器、固液分离器、氨吸收塔、酸液箱、污水管道，其中，
所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一 端与所述磷沉淀脱氨器的顶部相连，用于将加有白云石石灰或白云石熟石灰的 污水输入到所述磷沉淀脱氨器中以生成磷酸铵镁及磷酸钙的沉淀物以及完成铵 离子到氨分子的转化过程和脱氨过程;
所述磷沉淀脱氨器的底部开有进气口和出液口，顶部开有出气口，所述进 气口与所述氨吸收塔顶部的出气口相连，用于将从氨吸收塔流出的不含氨的气 体吹入所述磷沉淀脱氨器中以将水中的氨剥离到气相;所述出液口与所述固液 分离器相连;所述出气口与所述氨吸收塔的底部的进气口相连，用于将从所述 磷沉淀脱氨器流出的含有氨的气体输送到所述氨吸收塔中;
所述氨吸收塔的顶部还开有进液口，底部还开有出液口，用于与所述酸液 箱完成酸液的循环流动，使得氨气富集在酸液里。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述磷沉淀脱氨器的顶部 还开有进液孔，所述进液孔用于在需要的时候加入碱液。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述磷沉淀脱氨器内 装有填料，以促进白云石石灰或熟石灰与污水的混合反应，并增加气液接触面 积和接触时间。
12.根据权利要求9-11之一所述的系统，其特征在于，所述氨吸收塔内装 有填料。
13.一种污水处理与资源回收的系统，其特征在于，所述系统包括污水管 道、反应器、脱氨塔、氨吸收塔以及酸液箱，其中，
所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一 端与所述反应器相连，用于将加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水输入到所 述反应器中以生成磷酸铵镁及磷酸钙的沉淀物;
所述反应器的上部和底部分别开有出液口，其中，位于上部的出液口与所 述脱氨塔顶部的进液口相连，用于将污水上清液输入到所述脱氨塔中;位于底 部的出液口用于流出沉淀物;
所述脱氨塔的顶部还开有出气口，底部开有进气口和出液口，所述出气口 与所述氨吸收塔底部的进气口相连，用于将含氨气体输入到氨吸收塔中;所述 进气口与所述氨吸收塔顶部的出气口相连，用于将氨吸收塔输出的除氨气体吹 入所述脱氨塔中;所述出液口用于排放处理后的水;
所述氨吸收塔的顶端还开有进液口，底部还开有出液口，用于与所述酸液 箱完成酸液的循环流动，使得氨气富集在酸液里。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述反应器的顶部还开有 进液孔，所述进液孔用于在需要的时候加入碱液。
15.根据权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述反应器是沉淀 反应器或是流化床反应器。
说明书
污水处理与资源回收的方法和系统
技术领域
本发明涉及污水处理和资源回收领域，具体涉及到利用白云石石灰或白云 石熟石灰除去污水中的磷和氮化合物，并将其富集成可利用的磷氮产物的污水 处理和资源回收的方法和系统。
背景技术
大量含高磷，氮化合物的生活污水，农副业污水，和工业污水的排放已造 成世界许多国家地表水的严重富营养化，其中包括北美、欧洲、亚洲50%以上 的湖泊。生活污水处理厂排放的处理水是磷氮污染的一个主要来源。有些农副 业污水,例如猪场污水，也含有高浓度的磷，氮化合物。地表水中这些营养物质 含量过多会引起水生生物，特别是藻类的大量繁殖，使生物量的种群种类数量 发生改变，破坏了水体的生态平衡。富营养化也会造成饮用水源污染和对饮用 水水处理的干扰。另外，磷氮是农业生产必须的营养元素。世界现有的磷矿资 源只可维持人类200多年的需求。人类的可持续发展需要有效的除去污水中的 磷氮，并将其转化成可利用的肥料。
目前，国内外生活污水处理厂大都只采用除磷技术，只有少数几家国外处 理厂试用磷回收技术。生活污水处理厂采用的除磷技术一般为生物法(enhanced biological pHospHorus removal)(Liu et al.,1996;Lesjean et al.,2003)和化学沉 淀法(Maurer and Boller,1999;De-Bashan and Bashan，2004)。生物除磷法利用 对磷有富集功能的细菌在厌氧和好氧不断交换的条件下将污水中的磷除去。但 生物除磷法增加了污水处理厂的费用和操作复杂程度。化学沉淀法常用铁盐、 铝盐和钙化合物来沉淀和吸附污水中的磷。但这些添加物生成的氢氧化物沉淀 增加了污泥的体积，使得污泥的生物可降解性降低，从而增加了用于污水处理 和污泥清除的费用。
在生物污水和许多农副业污水处理过程中，大部分磷氮被富集在活性污泥 里。当从澄清池沉积出的部分活性污泥进入厌氧消化池消化后，大量富集在生 物污泥里的磷氮又被释放到厌氧消化液里。污水处理厂的厌氧消化液含有高浓 度磷酸根和铵,所以有利于磷氮的去除和回收。从厌氧消化液里去除和回收磷技 术大多数采用加镁盐的方法(Momberg and Oellermann,1992;Shu et al.,2006; Pastor et al.,2008;Song et al.,2007;He et al.,2007;Chen et al.,2009;Zhang et al., 2009;Ye et al.,2010;Song et al.,2011)。这类方法大多数采用向厌氧消化液里加 镁盐(如氯化镁)的方法促使磷酸铵镁的沉淀或鸟粪石(MgNH4PO4·6(H2O)) 的生成;也有采用加钙化合物(如石灰)与水中的磷酸根生成羟基磷灰石 (Ca10(PO4)6(OH)2);还有采用脱厌氧消化液中的二氧化碳气或加碱的办法来提 高厌氧消化液的pH值，从而促使鸟粪石的生成。
美国专利(U.S.Pat.No.6893567B1)用生物硝化法将污水中的铵转化成硝酸 根，然后向预处理后的污水中加氯化镁、氯化钙及氢氧化钠钾促使污水中的磷 酸根生成沉淀。
美国专利(U.S.Pat.No.7,622,047)用流化床反应器将污水中的磷生成颗粒状 的鸟粪石类沉淀。该技术将镁离子加进污水里并用碱液将污水的pH值调到 7.4~8.5的范围内，从而促使沉淀物的生成。该技术还用空气剥离法(air stripping) 脱除污水里的二氧化碳气体以提高污水的pH值。
美国专利(U.S.Pat.No.7,842,186)用厌氧反应器处理含有磷铵的污水，然后 用空气剥离法脱除处理后的污水里的二氧化碳气，从而将污水的pH值从8.4提高 到9.6以促使鸟粪石沉淀物的生成。
综上所属，目前的污水除磷技术采用镁化合物，费用高。而采用石灰和其 它钙化合物除磷效率低。目前还没有用一种处理物和一个处理过程同时去除污 水中磷铵的技术。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种污水处理与资源回收的方法和系统， 用以实现除去污水中的磷和氮化合物，并将其富集成可利用的磷氮产物。
第一方面提供了一种污水处理与资源回收方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1.1、将足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待处理的污水中;
步骤1.2、将白云石石灰或熟石灰与所述污水充分混合反应5~240min;
步骤1.3、将反应产生的固体产物从被处理的污水中分离出来;
步骤1.4、用脱氨塔将被处理的污水中的氨分子脱离到气相中;
步骤1.5、用装有酸液的氨吸收塔将脱氨塔吹出的气体中的氨气进行吸收。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述步骤1.1中的白云石石灰是直径 小于10mm的白云石石灰颗粒或白云石石灰粉末。
结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二 种可能的实现方式中，当所述步骤1.1采用白云石石灰时，每升污水加入的白 云石石灰的剂量与每升污水中磷酸根含量的比例高于0.75，并使得被处理的污 水的pH值大于8.5;
当所述步骤1.1采用白云石熟石灰时，每升污水加入的白云石熟石灰的剂 量与每升污水中磷酸根含量的比例高于1.0，并使得被处理的污水的pH值大于 85。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式或者第一方面的第二 种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述步骤1.1中 的白云石熟石灰可以是白云石熟石灰粉或白云石熟石灰浆液;当所述步骤1.1 采用的是白云石石灰或白云石熟石灰浆液时，可先向所述白云石石灰或白云石 熟石灰浆液中加入酸液使其pH值为4~10.5，再将加入了酸液的白云石石灰或 白云石熟石灰浆液加入待处理的污水中。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可 能的实现方式或者第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可 能的实现方式中，所述步骤1.1还包括：在加入白云石石灰或白云石熟石灰之 后，将碱性化合物作为辅助剂加入被处理的污水中使得被处理的污水的pH值 高于8.5。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种 可能的实现方式、第一方面的第三种可能的实现方式或者第一方面的第四种可 能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述步骤1.3可以在 沉降器中或流化床反应器中完成，其中，当在沉降器中完成时，沉降时间为 20~120min;
当在流化床反应器中完成时，被处理的污水在流化床反应器上部沉降区 的上升流线性流速低于0.6cm/min。
结合第一方面的第五种可能的实现方式中，在第一方面的第六种可能的 实现方式中，用离心和过滤法对从所述沉降器或所述流化床反应器底部收集的 沉淀物进行脱水并干燥后，制成磷铵固体产品。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种 可能的实现方式、第一方面的第三种可能的实现方式、第一方面的第四种可能 的实现方式、第一方面的第五种可能的实现方式或者第一方面的第六种可能的 实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，从所述氨吸收塔吹出的气 体被直接引入脱氨塔用以脱氨。
第二方面提供了一种污水处理与资源回收系统，包括磷沉淀脱氨器、固液 分离器、氨吸收塔、酸液箱、污水管道，其中，
所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一 端与所述磷沉淀脱氨器的顶部相连，用于将加有白云石石灰或白云石熟石灰的 污水输入到所述磷沉淀脱氨器中以生成磷酸铵镁磷酸钙的沉淀物以及完成铵离 子到氨分子转化过程和脱氨过程;
所述磷沉淀脱氨器的底部开有进气口和出液口，顶部开有出气口，所述进 气口与所述氨吸收塔顶部的出气口相连，用于将从氨吸收塔流出的不含氨的气 体吹入所述磷沉淀脱氨器中以将水中的氨剥离到气相;
所述出液口与所述固液分离器相连;所述出气口与所述氨吸收塔的底部的 进气口相连，用于将从所述磷沉淀脱氨器的流出含有氨的气体输送到所述氨吸 收塔中;
所述氨吸收塔的顶部还开有进液口，底部还开有出液口，用于与所述酸液 箱完成酸液的循环流动，使得氨气富集在酸液里。
在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述磷沉淀脱氨器的顶部还开 有进液孔，所述进液孔用于在需要的时候加入碱液。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种 可能的实现方式中，所述磷沉淀脱氨器内装有填料，以促进白云石石灰或熟石 灰与污水的混合反应，并增加气液接触面积和接触时间。
结合第二方面、第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可 能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述氨吸收塔内装有 填料。
第三方面提供了另一种污水处理与资源回收系统，包括污水管道、反应器、 脱氨塔、氨吸收塔以及酸液箱，其中，
所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另 一端与所述反应器相连，用于将加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水输入到 所反应器中以生成磷酸铵镁磷酸钙的沉淀物;
所述反应器的上部和底部分别开有出液口，其中，位于上部的出液口与 所述脱氨塔顶部的进液口相连，用于将污水上清液输入到所述脱氨塔中;位于 底部的出液口用于流出沉淀物;
所述脱氨塔的顶部还开有出气口，底部开有进气口和出液口，所述出气口 与所述氨吸收塔底部的进气口相连，用于将含氨气体输入到氨吸收塔中;所述 进气口与所述氨吸收塔顶部的出气口相连，用于将氨吸收塔输出的除氨气体吹 入所述脱氨塔中;所述出液口用于排放处理后的水;
所述氨吸收塔的顶端还开有进液口，底部还开有出液口，用于与所述酸 液箱完成酸液的循环流动，使得氨气富集在酸液里。
在第三方面的第一种可能实现方式中，所述反应器的顶部还开有进液孔， 所述进液孔用于在需要的时候加入碱液。
结合第三方面或第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第一 种可能实现方式中，所述反应器是沉淀反应器或是流化床反应器。
由上述技术方案可知，本发明利用白云石石灰或白云石熟石灰为沉淀剂和 pH调节剂，同时除去污水中的磷和铵氮，将污水中的磷富集在反应固体产物里， 将污水中的铵氮富集在液体中，经济有效地实现了对污水的处理和资源的回收。
