CN102775018A - 一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺 - Google Patents

一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，是将污水污泥中的磷转化成磷化氢的形式，再将磷化氢吸收使其资源化，在整个工艺流程中不需对污泥进行外排放，该工艺包括以下操作工序：污水污泥的厌氧工艺和污水污泥的厌氧工艺，将上述工序中生成的磷化氢气体分别干燥除酸后，引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，将吸附磷化氢的蒙脱石粘土吸附剂直接运送到填埋区埋入土壤。该工艺将蒙脱石粘土吸附剂添加在厌氧反应器后续的吸附柱中，将生成的磷化氢吸附，之后将共同反应的吸附剂直接埋入土壤中，避免对环境的污染，从而完成磷化氢的资源化处理，以实现污水污泥的磷达标去除、磷化氢的快速产生和资源化。

Description

一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺
技术领域
本发明涉及污水的净化处理方法，特别是一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺。
背景技术   
水体富营养化问题是当前主要的环境问题之一，严重制约了社会和经济的可持续发展。磷作为营养因子是诱发水体富营养化的重要因素之一。其中水体中的磷主要来源于生活污水、洗涤剂和工业废水，如何有效地去除废水中的磷一直是世界各国环境工程研究者研究的热点问题。国内外研究者对除磷理论、技术及其相关工艺进行了大量的研究。但大部分以消耗大量资源、能量为代价将污水中的氮、磷等污染物去除，存在“以能耗能”污染转嫁的缺点。所以，打破传统污水除磷工艺，实现污水中磷的资源化成为是科学界关注的焦点。
近年来以鸟粪石形式回收为研究热点。以鸟粪石形式回收的除磷技术可以用来处理高浓度氨氮废水和高浓度磷酸盐废水以及同时含有高浓度氨氮和磷酸盐废水，还能减少废水中产生一些氮氧化物类型的大气温室气体。但是这些研究主要侧重于化学法回收处理，化学法除磷不仅是药剂价格昂贵、运行费用较高、另外使大量阴离子残留在水中，导致水的盐度增加，造成二次污染，同时出水的氮、磷含量都还未达到排放标准，还需用做进一步的处理。
而生物除磷耦合磷资源化过程是经济合理的技术路线，这种技术也逐渐成为可能。污水中的磷完全可能作为磷化氢的前体物，在厌氧微生物作用下，被还原生成磷化氢，以自由态、基质吸附态磷化氢(matrix-bound)形式存在。对废水厌氧处理过程中磷的调查研究发现，其中总磷损失最大达 78%。这些发现对污水除磷以及磷回收循环过程提供了思路，它不但表明污水除磷过程中，磷可以以气态形式进行去除，还表明磷可以以气态形式在循环过程中进行资源化回收。所以磷化氢在污水处理过程中的发现立刻引起了人们的普遍关注。
因此研究污水除磷厌氧反应器系统及其工艺中的磷如何转化成磷化氢、磷化氢最终如何稳定资源化等问题，进而揭示废水中磷的转化过程和去除机理，建立资源化再生工艺技术，对拓宽污水除磷生物技术的应用范围，改变传统“以能耗能”的技术具有重大意义。
发明内容   
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，在污水污泥除磷过程中，磷以磷化氢形式进行去除，并进行资源化回收以降低污水磷处理成本，提高整体污水磷处理技术水平。
本发明的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，是将污水污泥中的磷转化成磷化氢的形式，再将磷化氢吸收使其资源化，在整个工艺流程中不需对污泥进行外排放，其特征在于该工艺包括以下操作工序：
（1）污水污泥的厌氧工艺
①在垂直厌氧折流板反应器中加入污水污泥，并加入缓冲剂碳酸氢钠调节污水污泥的PH值在6～6.5之间，加入适量的浓度为500mg/L的葡萄糖作为还原糖；
②垂直厌氧折流板反应器处于避光箱中，处于完全黑暗的环境中，并保持反应器内的温度为32±1℃；
③在垂直厌氧折流板反应器底部的入气口处通入氮气开始曝气，气体流量为0.08~0.09 m3/h（优选0.08 m3/h），使反应器内溶解氧的浓度低于1mg/L；垂直厌氧折流板反应器中设置有电机控制的搅拌叶片，在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为50~ 60r/min （优选50 r/min）；
④待上述厌氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从垂直厌氧折流板反应器上部的出气口导出，经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，再经过另一干燥器彻底干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；
（2）污水污泥的厌氧工艺
该工序中的垂直厌氧折流板反应器的内外部环境条件与工序（1）中的相同，PH值和葡萄糖浓度也与工序（1）中的相同；
①关闭工序（1）中通入的氮气源，改为向工序（1）中的反应器内继续通入空气开始曝气，气体流量为0.08 ~0.09m3/h，使反应器内溶解氧的浓度高3mg/L，搅拌叶片在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为50~60 r/min；
②待好氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从反应器上部的出气口导出，经干燥、去除CO2再干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂； 
（3）将吸附磷化氢的蒙脱石粘土吸附剂直接运送到填埋区埋入土壤。
进一步的，步骤（2）中的②具体是：待上述好氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从反应器上部的出气口导出，经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体、氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，所述氢氧化钠颗粒附着在多孔载体表面上；再经过另一干燥器彻底干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；所述多孔载体可为多孔陶瓷载体或其他聚合物多孔载体。
进一步的，该污水污泥处理的除磷耦合磷工艺的工序（1）和（2）中调节污水污泥的PH值为6。
进一步的，该污水污泥处理的除磷耦合磷工艺的工序（1）和（2）中反应器内的温度为32℃。
进一步的，该污水污泥处理的除磷耦合磷工艺中曝气的氮气源和空气源是通过三通和反应器底部的入气口相连的。
该污水污泥处理的除磷耦合磷工艺中，在厌氧阶段中，磷化氢有积累的趋势; 到了好氧阶段，磷化氢检测值迅速下降，但在好氧阶段仍有较稳定的低水平磷化氢检测值。
磷化氢的产生对于微生物是复杂的过程，首先需要保证反应过程在黑暗中进行，其次反应环境中需保证一定的还原力，即保证有足够的还原糖。
研究结果表明，酸性条件会促进污泥结合态磷化氢释放。随着酸化程度的增加，厌氧污泥中结合态磷化氢消失速率加快。当磷化氢浓度降低到一定程度后，消失速率也相应下降。搅拌会促进磷化氢的释放，而其静止条件下释放的磷化氢浓度约为前者的1／2。同样温度也是影响生成磷化氢的因素之一。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将蒙脱石粘土吸附剂添加在厌氧反应器后续的吸附柱中，将生成的磷化氢吸附，之后将共同反应的吸附剂直接埋入土壤中，避免对环境的污染，从而完成磷化氢的资源化处理，以实现污水污泥的磷达标去除、磷化氢的快速产生和资源化。
具体实施方式  
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以下实施例不构成对本发明的限定。
实例1
（1）污水污泥的厌氧工艺
①在垂直厌氧折流板反应器中加入污水污泥，并加入缓冲剂碳酸氢钠调节污水污泥的PH值在6，加入适量浓度为500mg/L的葡萄糖作为还原糖；
②垂直厌氧折流板反应器处于避光箱中，处于完全黑暗的环境中，并保持反应器内的温度为32℃；
③在垂直厌氧折流板反应器底部的入气口处通入氮气开始曝气，气体流量为0.08 m3/h，使反应器内溶解氧的浓度低于1mg/L；垂直厌氧折流板反应器中设置有电机控制的搅拌叶片，在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为50 r/min；
④待上述厌氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从垂直厌氧折流板反应器上部的出气口导出，经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，再经过另一干燥器彻底干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；
（2）污水污泥的厌氧工艺
该工序中的垂直厌氧折流板反应器的内外部环境条件与工序（1）中的相同，PH值和葡萄糖浓度也与工序（1）中的相同；
①关闭工序（1）中通入的氮气源，改为向工序（1）中的反应器内继续通入空气开始曝气，气体流量为0.08 m3/h，使反应器内溶解氧的浓度高3mg/L，搅拌叶片在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为50 r/min；
②待上述好氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从反应器上部的出气口导出，经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体、氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，所述氢氧化钠颗粒附着在多孔载体表面上；再经过另一干燥器彻底干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；
（3）将吸附磷化氢的蒙脱石粘土吸附剂直接运送到填埋区埋入土壤。
曝气的氮气源和空气源是通过三通和反应器底部的入气口相连的。
磷化氢的测定采用二次冷阱富集－气相色谱(GC/NPD)法测定，气相色谱为 Agilent7890A，污水污泥样的总磷采用钼锑抗分光光度法。该工艺中磷化氢和污水污泥中总磷含量随时间的变化，试验结果见表1。
表1
反应时间（h） 1 2 3 4 5 6
总磷（mg/L） 30 28 30 27 26 20
磷化氢(ng/L) 120 430 100 20 20 20
试验结果表明，在厌氧阶段，总磷浓度相对平稳，磷化氢表现出积累的现象，在随后的好氧阶段，磷化氢检测值迅速下降，并在此后的时间内一直维持稳定。
本发明的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺中，通过对PH值、温度、曝气流量和搅拌条件等各方面的最佳控制，在厌氧反应阶段大大提高了磷化氢的生成量，实现了良好的除磷效果，并且进一步的在好氧反应阶段一直能保持一定的磷化氢的产量，更好地实现了对污水污泥的除磷效果。
实例2
（1）污水污泥的厌氧工艺
①在垂直厌氧折流板反应器中加入污水污泥，并加入缓冲剂碳酸氢钠调节污水污泥的PH值在6.5，加入适量浓度为500mg/L的葡萄糖作为还原糖；
②垂直厌氧折流板反应器处于避光箱中，处于完全黑暗的环境中，并保持反应器内的温度为32℃；
③在垂直厌氧折流板反应器底部的入气口处通入氮气开始曝气，气体流量为0.09m3/h，使反应器内溶解氧的浓度低于1mg/L；垂直厌氧折流板反应器中设置有电机控制的搅拌叶片，在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为60 r/min；
④待上述厌氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从垂直厌氧折流板反应器上部的出气口导出，经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，再经过另一干燥器彻底干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；
（2）污水污泥的厌氧工艺
该工序中的垂直厌氧折流板反应器的内外部环境条件与工序（1）中的相同，PH值和葡萄糖浓度也与工序（1）中的相同；
①关闭工序（1）中通入的氮气源，改为向工序（1）中的反应器内继续通入空气开始曝气，气体流量为0.09 m3/h，使反应器内溶解氧的浓度高3mg/L，搅拌叶片在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为60 r/min；
②待上述好氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从反应器上部的出气口导出，经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体、氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，所述氢氧化钠颗粒附着在多孔载体表面上；再经过另一干燥器彻底干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；
（3）将吸附磷化氢的蒙脱石粘土吸附剂直接运送到填埋区埋入土壤。
曝气的氮气源和空气源是通过三通和反应器底部的入气口相连的。
磷化氢的测定采用二次冷阱富集－气相色谱(GC/NPD)法测定，气相色谱为 Agilent7890A，污水污泥样的总磷采用钼锑抗分光光度法。该工艺中磷化氢和污水污泥中总磷含量随时间的变化，试验结果见表2。
表2
反应时间（h） 1 2 3 4 5 6
总磷（mg/L） 31 29 30 27 26 20
磷化氢(ng/L) 125 425 100 20 20 20
试验结果表明，在厌氧阶段，总磷浓度相对平稳，磷化氢表现出积累的现象，在随后的好氧阶段，磷化氢检测值迅速下降，并在此后的时间内一直维持稳定。
本发明的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺中，通过对PH值、温度、曝气流量和搅拌条件等各方面的最佳控制，在厌氧反应阶段大大提高了磷化氢的生成量，实现了良好的除磷效果，并且进一步的在好氧反应阶段一直能保持一定的磷化氢的产量，更好地实现了对污水污泥的除磷效果。
 对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）污水污泥的厌氧工艺
①在垂直厌氧折流板反应器中加入污水污泥，并加入缓冲剂碳酸氢钠调节污水污泥的PH值在6～6.5之间，加入浓度为500（mg/L）的葡萄糖作为还原糖；
②垂直厌氧折流板反应器处于避光箱中，处于完全黑暗的环境中，并保持反应器内的温度为32±1℃；
③在垂直厌氧折流板反应器底部的入气口处通入氮气开始曝气，气体流量为0.08~0.09 m3/h，使反应器内溶解氧的浓度低于1mg/L；垂直厌氧折流板反应器中设置有电机控制的搅拌叶片，在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为50~ 60r/min；
④待上述厌氧反应完全后，生成的磷化氢气体从垂直厌氧折流板反应器上部的出气口导出，经干燥、去除CO2再干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂；
（2）污水污泥的厌氧工艺
①关闭步骤（1）中通入的氮气源，改为向步骤（1）中的垂直厌氧折流板反应器内继续通入空气开始曝气，气体流量为0.08 ~0.09m3/h，使反应器内溶解氧的浓度高于3mg/L，搅拌叶片在曝气过程中对污水污泥进行充分搅拌，搅拌强度为50~60 r/min；
②待好氧反应完全彻底后，生成的磷化氢气体从反应器上部的出气口导出，经干燥、去除CO2再干燥后，将气体引入装有磷化氢资源化吸收单元填料的吸附柱内，实现磷化氢的资源化处理，该磷化氢资源化吸收单元填料为蒙脱石粘土吸附剂。
2.根据权利要求2所述的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，其特征在于还包括：将吸附磷化氢的蒙脱石粘土吸附剂直接运送到填埋区埋入土壤。
3.根据权利要求1所述的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，其特征在于步骤（1）和步骤（2）中所述经干燥、去除CO2再干燥具体是：经一干燥器干燥除水，通过两个串联的装有多孔载体、氢氧化钠颗粒的 U 型管去除 CO2，所述氢氧化钠颗粒附着在多孔载体表面上；再经过另一干燥器彻底干燥。
4.根据权利要求1-3所述的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，其特征在于步骤（1）和（2）中均调节污水污泥的PH值为6。
5.根据权利要求1或2所述的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，其特征在于步骤（1）和（2）中均保持反应器内的温度为32℃。
6.根据权利要求1所述的污水污泥处理的除磷耦合磷工艺，其特征在于曝气的氮气源和空气源是通过三通和反应器底部的入气口相连的。
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