一種污水強化除磷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水深度處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物作用和化學(xué)反應(yīng)處理污水的方法，特別涉及一種通過厭氧和好氧生物處理以及化學(xué)結(jié)晶方法除磷，并實現(xiàn)磷資源回收和剩余污泥減量的污水處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市污水處理量的增長和處理效率的提高，作為污水處理的副產(chǎn)物剩余污泥的數(shù)量也與日俱增。傳統(tǒng)的污泥減量和處理方式在技術(shù)和環(huán)境安全方面均存在一定的局限。對于目前國內(nèi)外采用的各種污泥減量化技術(shù)，一個難以解決的問題是:當(dāng)污泥減量效果好、剩余污泥產(chǎn)量減少時，進入污泥中的磷含量也隨之減少，由此導(dǎo)致污水的磷去除效果明顯降低。而隨著水體富營養(yǎng)化趨勢的加劇，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除已經(jīng)成為城市污水處理的最重要任務(wù)之一，污水中磷的回收和再循環(huán)利用成為污水處理的研宄重點。污水的磷回收技術(shù)，就是采用一定的技術(shù)方法將污水中的磷以能被再利用(磷酸鹽工業(yè)或肥料工業(yè)中)的形式進行分離與回收，而不單是將磷轉(zhuǎn)移至剩余污泥中。
[0003]可實現(xiàn)除磷的污水生物處理技術(shù)較多，其中常用的有A2/0、SBR和氧化溝等工藝。然而，這些污水生物除磷工藝仍存在以下問題:(I)除磷過程對污泥齡的要求嚴格，實現(xiàn)高效除磷時泥齡應(yīng)在8d以下；(2)污水處理工藝過程中需定期排放剩余污泥，這些剩余污泥經(jīng)濃縮和厭氧消化處理后，細胞內(nèi)的磷得到釋放，若剩余污泥沒有得到合理處置，可對附近受納水體造成二次污染；(3)污水中的磷持續(xù)轉(zhuǎn)移至剩余污泥中，難以實現(xiàn)再次利用，造成磷資源的巨大浪費；(4)由于回流污泥中含有大量的磷，導(dǎo)致污水生物處理過程整體的除磷效率不高，出水中磷的濃度難以達標(biāo)。
[0004]目前，污水生物處理過程中的強化除磷技術(shù)主要有生物強化除磷法、化學(xué)沉淀除磷法和結(jié)晶法等。生物強化除磷法利用聚磷菌在厭氧條件下水解胞內(nèi)聚磷顆粒釋放磷(提供能量)，在好氧條件下利用PHB產(chǎn)生能量同時從污水中過量攝入磷(合成多聚磷酸鹽儲存于細胞內(nèi))的特性，通過不斷排放富磷污泥而使磷從污水中脫除。該方法運行費用低，但穩(wěn)定性差，出水磷濃度難以達到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。同時，生物強化除磷技術(shù)難以徹底固定污水中的磷酸鹽(僅使磷從水相轉(zhuǎn)移至泥相)。為實現(xiàn)污水中磷資源的回收利用，磷酸鹽的化學(xué)沉淀成為不可或缺的環(huán)節(jié)。上世紀(jì)50年代，化學(xué)沉淀除磷技術(shù)在瑞士首次得到應(yīng)用，同時也是當(dāng)前實際工程中最主要的污水除磷技術(shù)之一。在處理過程中，F(xiàn)e27Fe3+、Al3+或Ca 2+等金屬離子一方面可與水中的磷酸根反應(yīng)生成不溶性磷酸鹽沉淀，另一方面通過絮凝作用使磷得以有效去除。然而，傳統(tǒng)化學(xué)沉淀在去除污水生物處理系統(tǒng)中的磷酸鹽時可生成大量化學(xué)污泥，其中夾雜較多的有機物質(zhì)和活性污泥。這些化學(xué)污泥的脫水、運輸和處置費用十分昂貴，回收其中的磷酸鹽也十分困難。
[0005]近十幾年來，隨著污水磷去除向磷回收的方向發(fā)展，磷酸鹽結(jié)晶法作為磷化學(xué)沉淀的一種改進技術(shù)，在回收污水中的磷資源方面得到廣泛的研宄，其主要結(jié)晶產(chǎn)物有鳥糞石(MAP)和羥基磷灰石(HAP)兩種，反應(yīng)過程如式I和式2。
[0006]Mg2++NH4++PO廣+6H20 — MgNH4PO4.6H20 (I)
[0007]5Ca2++3P0廣+0Γ— Ca 5 (PO4) 30H (2)
[0008]基于MAP和HAP的污水磷酸鹽結(jié)晶技術(shù)可獲得純度較好的磷回收產(chǎn)品，使污水磷回收的產(chǎn)業(yè)化成為可能，但這兩種方法仍存在一些難以克服的缺陷。由于MAP和HAP結(jié)晶的適宜pH水平分別為8.5?9.5和9.0?10.5，為使這兩種磷酸鹽結(jié)晶反應(yīng)高效進行，往往需要投加大量的堿液。而在磷酸鹽水平最高的剩余污泥消化單元中存在大量的C02/C0廣，可對體系的PH調(diào)節(jié)產(chǎn)生巨大的緩沖作用，使所需堿液的量急劇增加，或使CO2吹脫操作成為必要。對于HAP結(jié)晶體系，C032_還可與Ca2+反應(yīng)，使藥劑投加量增加。這些缺陷大大增加了 MAP和HAP磷回收技術(shù)的成本。因此，對傳統(tǒng)的生物/化學(xué)除磷技術(shù)進行改進對于提高污水除磷的效率與回收有用的磷資源均具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有污水生物除磷技術(shù)中存在除磷效果差、磷資源回收困難等技術(shù)問題，提出一種污水的梯級強化除磷方法。本發(fā)明方法以藍鐵石結(jié)晶為主體除磷過程，采用生物-化學(xué)聯(lián)合除磷技術(shù)，除磷效率高，既不產(chǎn)生化學(xué)污泥，又可實現(xiàn)污水中磷資源的有效回收，降低了污水處理的運行成本，是一種環(huán)境友好型的污水除磷新技術(shù)方法。
[0010]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種污水強化除磷方法，包括在污泥厭氧消化池內(nèi)強化藍鐵石的結(jié)晶作用，去除污泥混合液中磷。
[0011]其中，所述的結(jié)晶強化過程包括:向污泥厭氧消化池中投加Fe3+化合物，F(xiàn)e 3+經(jīng)微生物作用還原為Fe2+，并與污泥在厭氧消化過程中釋放的磷酸根離子反應(yīng)，生成藍鐵石結(jié)晶沉淀，從而去除污泥中的磷。
[0012]特別是，所述Fe3+化合物的投加量應(yīng)使Fe 3+與污泥厭氧消化池中污泥總磷含量的摩爾比為1.8-2.2:1，，優(yōu)選為1.9-2.1:1。
[0013]尤其是，所述的Fe3+化合物選擇無定型的羥基氧化鐵、水合氧化鐵、三氧化二鐵或含鐵礦渣。
[0014]特別是，還包括向污泥厭氧消化池中投加藍鐵石顆粒作為晶種以強化結(jié)晶過程。
[0015]尤其是，所述投加藍鐵石顆粒的平均粒徑為2-4mm，優(yōu)選為3mm。
[0016]本發(fā)明另一方面提供一種污水/污泥的梯級除磷方法，包括如下步驟:
[0017]I)向污泥厭氧消化池中投加Fe3+化合物，在厭氧條件下Fe 3+被消化池的厭氧微生物還原成Fe2+，并與污泥中在厭氧消化過程中釋放的磷酸根離子反應(yīng)，生成藍鐵石結(jié)晶沉淀；
[0018]其中，步驟I)中所述污泥厭氧消化池可為A2/0、SBR、氧化溝法等不同污水處理工藝中的污泥厭氧消化池；
[0019]2)污泥厭氧消化池中經(jīng)藍鐵石強化結(jié)晶處理后的上清液、二沉池回流污泥和經(jīng)一級(初沉池)處理后的污水一起進入二級生物反應(yīng)池，一般包括厭氧池/段、缺氧池/段和好氧池/段，在二級生物反應(yīng)池中的鐵離子先后作為磷酸根的沉淀劑(在厭氧池/段和好氧池/段中)和混凝劑(好氧池/段中)發(fā)揮梯級除磷作用；
[0020]3)好氧生物反應(yīng)池/段的混合液進入二沉池中進行泥水分離，二沉池的上清液出水即為經(jīng)強化除磷后的污水處理廠出水。
[0021]特別是，采用強化生物除磷的污水處理工藝作為所述污水處理的二級生物反應(yīng)池主體處理工藝。
[0022]其中，步驟I)中所述Fe3+化合物的投加量應(yīng)使Fe3+與污泥厭氧消化池中污泥總磷含量的摩爾比為1.8-2.2:1，優(yōu)選為1.9-2.1:1。
[0023]尤其是，所述的Fe3+化合物選擇無定型的羥基氧化鐵、水合氧化鐵、三氧化二鐵或含鐵礦渣。
[0024]特別是，向污泥厭氧消化池中投加三氧化二鐵或含鐵礦渣時，需同時向污泥厭氧消化池中添加電子傳遞體，以提高Fe3+的還原效率和速率。
[0025]其中，所述的電子傳遞體選擇2，6-雙磺酸蒽醌(AQDS)或腐殖質(zhì)，優(yōu)選為AQDS。
[0026]尤其是，電子傳遞體的添加量為污泥厭氧消化池內(nèi)每IL污泥添加1-1.5g優(yōu)選為Ig AQDS或2-2.5g優(yōu)選為2g腐殖質(zhì)。
[0027]特別是，步驟I)中還包括向污泥厭氧消化池中投加藍鐵石顆粒作為藍鐵石結(jié)晶處理的晶種。
[0028]尤其是，所述投加藍鐵石顆粒的平均粒徑為2-4_，優(yōu)選為3_。
[0029]其中，步驟I)中污泥厭氧消化池的消化溫度為35_55°C，優(yōu)選為50_55°C。
[0030]特別是，還包括采用消化液內(nèi)循環(huán)或通入污泥厭氧消化產(chǎn)氣壓縮氣的方式使厭氧消化池的反應(yīng)區(qū)獲得優(yōu)化的水力擾動。
[0031]尤其是，所述消化液內(nèi)循環(huán)或通入污泥厭氧消化產(chǎn)氣壓縮氣使消化池中心污泥上升流速為0.04-0.06m/s，優(yōu)選為0.05m/s。
[0032]在污泥厭氧消化池中，污泥中的鐵還原菌利用消化污泥作為電子供體將投加的Fe3+還原為Fe 2+，并使之與污泥厭氧消化釋放的磷酸根離子在晶種藍鐵石顆粒存在的條件下，通過誘導(dǎo)結(jié)晶強化生成藍鐵石晶體。同時，生長至一定粒徑的藍鐵石晶體顆粒克服厭氧消化池