申请日2012.05.28
公开(公告)日2014.04.16
IPC分类号C02F1/58; C02F3/30
摘要
一种污水处理方法，其包含：(a)分离和/或收集污水中的尿液以进行预处理，(b)使用海水去除尿液中的磷，(c)任选地氧化尿液中的氮，以及(c)将已除磷和/或氮氧化的尿液排放至下水道。
权利要求书
1.一种污水处理方法，包括以下步骤：
(a)分离和/或收集污水中的尿液以进行预处理，
(b)使用海水去除所述尿液中的磷，
(c)任选将所述尿液中的氮氧化，以及
(d)将已除磷和/或氮氧化的尿液排放至下水道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中分离和/或收集的尿液是通 过水解进行预处理的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述水解是利用生物反应 器进行的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述生物反应器包括生物 膜反应器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述生物膜反应器包含固 定微生物产尿素酶。
6.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括对尿液进行预处 理以调控尿液的pH值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中调控pH值是通过添加碱 来进行的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中磷的去除包括以不溶性含 磷化合物的形式沉淀和回收磷。
9.根据权利要求1所述的方法，其中氮的氧化包括对氨进行硝 化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中氨的硝化是通过利用生物 硝化反应器进行的。
11.根据权利要求9所述的方法，其中氮的去除还包括将经氮氧 化的尿液排放至污水下水道以与其它污水混合，从而进行管道内反硝 化和有机碳的去除。
12.根据权利要求2所述的方法，其中在所述尿液的水解之前或 者之后将海水加入到所述尿液中。
说明书
一种结合有尿液分离、海水添加、硝化及下水道内反硝化的污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理方法。特别是一种包括从尿液中回收 营养物(即磷)以及从污水中去除营养物(即氮)的污水处理方法。
背景技术
营养物磷和氮在敏感水域被大量排放时会引起水体富营养化和 藻类爆发式增长。另一方面，磷也是生物有机体的必需元素。目前， 磷几乎全部来自磷矿石的开采(USGS,2010;van Vuuren et al.,2010, 见参考文献)。预计到本世纪末，35-100%的现有磷矿储量会被消耗 殆尽(Dery and Anderson,2007,van Vuuren et al.,2010)。而磷酸盐在 食品生产中扮演者至关重要的角色，故而磷的回收成为了当务之急。
传统的生物脱氮除磷工艺在生物污水处理工作中采用生物去氮 除磷工艺，如5阶段Bardenpho工艺(5-stage Bardenpho Process)(见 附图1)。在该工艺中，利用自养硝化作用继之以异养反硝化作用来 脱氮。由于硝化菌缓慢生长细菌，因此销化步骤需要大量的氧气和大 的反应器。随后进行反硝化作用从而将有机碳转化为二氧化碳并将硝 态氮转化为氮气。除磷则是通过在污水处理厂的前端增设厌氧区进行 大量摄取而进行的。然后通过受控的从厌氧污泥消化上清液中沉淀出 鸟粪石(磷酸氨镁或MAP)或者通过污泥焚化来收获磷。总体上， 由于细菌生长缓慢，生物营养物去除工艺需要大量土地区域。
尿液大致占生活污水总体积的1%(Maurer et al.,2006)，却包含 了占生活污水体积总氮负荷80%的氮以及总磷负荷50-80%的磷 (Fittschen and Hahn,1998)。由于该磷流体包含了占开采的磷负荷的 5%左右(Cordell et al.,2009;van Vuuren e al.,2010)，故而尿液分离 成为磷回收的绝佳选择。
欧洲部分国家如瑞典和丹麦从1990年代已研究和实施尿液分离 (et al.,1997;et al.,1997)，截至1999年瑞典已安装了 超过3000个尿液分离系统(and Johansson,1999)。尿液 分离的主要途径有两个，一是通过非混合式(Nomix)马桶前方特别 设计的间隔间来收集尿液，二是通过男厕所中的小便器。目前已有多 个厂家生产并出售非混合式马桶。多项研究表明非混合式马桶在北欧 已经被使用者广泛接受(Berndtsson,2006;Lienert et al.,2007)。尽管 在此系统的早期发展中出现了结垢和堵塞的问题，但这些问题已经不 再是主要的问题了(2001)。
尿液中的磷和氮可以通过将尿液直接施用至农用耕地而加以利 用。但是，将尿液直接排放到农用耕地上会引起人类卫生问题。而且 源于人类摄取的药物的内分泌干扰素很可能污染尿液，故而直接利用 尿液对于种植食用作物而言实际上是不受欢迎的。
在尿液中添加镁盐有助于使磷酸氨镁(MAP)沉淀从而回收磷 (Maurer et al.,2006)。其是一种不含微污染物和主要重金属的固体 肥料(Ronteltap et al.,2007)。故而这是一种安全的磷回收方法。但 是该方法需要添加的镁盐是很昂贵的。因此需要发展出一些更便宜的 替代品，特别是对于发展中国家而言，更存在这种需求。由于海水含 有1.29g/L的镁，故而成为一种价廉且易得的镁源。
文献已经报道了利用海水进行污水处理，例如利用海水来回收 污泥消化上清液中的磷(Kumarshiro et al.,2001;Lee et al.,2003)，以 及利用盐卤来回收尿液中的磷(Etter,2009)。但是这些工艺包含了复 杂的化学和生化过程、微生物和/或原料，并且成本相对昂贵。
Makino等人的专利US4228003公布了一种通过添加海水使磷 酸盐絮凝和沉淀从而除去污水中的磷酸盐的工艺。此工艺需要调节 pH值以及特定的含磷酸盐废水与海水的比例。但是，该工艺需要直 接从生活污水中去除磷而不需要进行尿液分离。
此外，Jansen等人的专利US2008/0308505公布了一种去除水体 中的磷和氨的系统和工艺，Bowers等人的专利US7005072公布了一 种去除废水氧化塘出水中的磷的方法，Abma等人的专利US7722768 公布了一种同步去除污水中生物需氧量(BOD)和磷的工艺， Hunniford等人的专利US4,911,843公布了一种从下水道或者其它污 水系统中去除溶解的硫化氢及减少污水BOD的工艺，Bailey Jr.等人 的专利US7404897公布了一种使用生物强化技术来脱氮和处理消化 废水的方法。但是，至今还未报道或公开将尿液与海水或者海水冲厕 系统结合。
发明内容
本发明旨在提供一种有效且具成本效益的污水处理方法，其中， 该方法将分离生活污水中的尿液和直接使用海水去除尿液中的磷双 结合。此方法能够更具成本效益及有效地去除生活污水中大部分磷组 分，以及能够通过利用现有的用于处理的(而不是仅用于输送的)下 水道系统处理和对氮进行处理从而在很小的占地面积内实现氮的去 除。此外，还可回收磷以作耕种。
因此，一方面，本发明涉及一种用于污水处理的方法，所述方 法包括：(a)从污水中分离和/或收集尿液以进行预处理;(b)用 海水去除尿液中的磷;(c)任选将尿液中的氮氧化;以及(d)将已 除磷和/或氮氧化后的尿液排放到下水道中。在一个实施方式中，氧 化后的氮被转化为氮气。在一个实施方式中，优选将分离和/或收集 的尿液预处理以使尿素水解为氨，这优选使用生物反应器进行，例如 生物膜反应器或固定微生物生长(fixed biomass growth)的方式等， 但不限于这些方式。在一个实施方式中，优选通过添加碱(如氢氧化 钠)来控制尿液的pH值。在水解后的尿液中可以存在磷并且磷将会 以不溶性含磷化合物的方式被除去。
在另一个实施方式中，在对尿液进行预处理之前，可以将海水 添加到分离和/或收集到的尿液中。在另一个实施方式中，将尿液中 的氨氮硝化，这优选通过使用生物反应器进行。在另一个实施方式中， 硝化后的尿液可被排放到污水下水道内以与其它污水混合，从而进行 管道内反硝化和有机碳的去除。
