廢水中磷的去除和回收系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及廢水中磷的去除和回收系統及方法。
【背景技術】
[0002]磷是地球上一種不可自然再生的資源，是農業生產中不可或缺的重要肥料之一。由于近年來磷礦石的大量開采和自然侵蝕，地球上的磷礦石大概只能夠使用100~250年(European Fertilizer Manufacturers Associat1n, 2000),中國的憐礦石儲量大概只夠使用46年(沈巍，發表在《經濟研究導刊》，2012年第5期)。另一方面，由于現在大量的含磷廢水排放，造成水體的嚴重富營養化，不僅使環境污染嚴重，而且造成大量的磷資源浪費。因此，如何有效的去除和回收廢水中的磷，不論是對防止水體富營養化還是緩解磷資源短缺都有重要意義。
[0003]現階段常用廢水除磷和回收磷的技術有化學凝聚沉淀法、生物法和結晶法。化學凝聚沉淀法除磷主要是利用廢水中的磷和鐵鹽、鈣鹽、鎂鹽等其他金屬離子形成難溶的沉淀物質以達到去除磷的目的。生物法除磷主要是利用聚磷菌在好氧環境下能攝取磷的生物特性來達到去除磷的目的，聚磷菌(Polyphosphate Accumulating Organisms, PAOs)在厭氧和好氧環境中表現出不同生物活性，在厭氧環境下，聚磷菌以揮發性脂肪酸為碳源，合成PHAs貯存于體內保存能量，并釋放體內原先儲存的磷，但在好氧條件下，聚磷菌通過分解體內貯存的PHAs獲得能量，過量的吸收廢水中磷貯存于自身體內，最后通過排放富磷污泥來達到去除磷的目的。化學法除磷雖然效率較高，利用足夠的藥劑能達到一級A排放標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》的排放標準。但是化學法需要消耗大量的化學藥劑，運行成本較高。同時產生的化學污泥成分復雜，處置困難，易造成二次污染。生物法相比化學法較為經濟實用，但是生物除磷法穩定性較差，單純通過生物法很難達到排放標準。同時無論是化學法還是生物法去除的磷都很難回收，無法實現磷資源的回收利用，不符合社會主義可持續發展的目的。結晶法是目前公認能夠有效去除和回收磷資源的技術手段(De-Bashan L.E., Bashan Y，發表在《Water Research)), 2004 年第 38 卷 19期)。結晶法主要通過控制一定反應條件，如pH，溫度，離子條件等，使廢水中的磷和特定的離子形成具有一定晶型的化合物。如磷酸銨鎂，羥基磷灰石等，已達到去除和回收廢水中磷的目的。近年來，許多國家已經將結晶除磷用于實際生產中，但結晶除磷面臨的一些問題仍沒有很好的解決，如結晶反應的藥劑成本過高，如何回收低濃度的磷等。
[0004]另外，超聲技術集空化作用，高溫熱解、高級氧化和超臨界氧化等多種作用一身，在水處理領域取得了一定研究成果。邱泰球等研究表明:在超聲作用下，結晶成核可以在低飽和度實現，同時超聲條件下形成的晶核比其他方法得到的晶核更加均勻，完整，晶粒的尺寸分布范圍較窄，而且超聲還可以減弱分子間的作用力，降低溶液粘度，使結晶所需的離子濃度降低，得到更均勻的晶體。
[0005]綜述所述，目前探求一種能有效的去除和回收廢水中的磷的處理工藝已成為迫切需要解決的問題。結合現在對于廢水除磷和回收磷方面技術上不足，和超聲對結晶的促進作用，而且利用超聲協同生物作用去除和回收磷的處理工藝的研究仍為一空白區域，未見相關報道。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供了一種廢水中磷的去除和回收系統和方法，該技術方案利用超聲作用協同缺氧/好氧交替生物濾池，耦合超聲結晶除磷和缺氧/好氧生物濾池除磷技術，不僅進一步提高了除磷效率，而且能夠直接簡易的回收廢水中的磷酸鹽，同時解決了現階段普通工藝除磷效果不達標的問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發明的技術方案為:一種廢水中磷的去除和回收系統，包括生物濾池1、生物濾池I1、結晶池和固液分離裝置，進水管分別與生物濾池I和生物濾池II連接，在靠近生物濾池I的進水管上有第一控制閥門，在靠近生物濾池II的進水管上有第二控制閥門；生物濾池I和結晶池通過管路連接，在管路上有第五控制閥門，生物濾池II和結晶池通過管路連接，在管路上有第六控制閥門；結晶池的下部有加藥口，結晶池通過管道與固液分離裝置的底端連接，固液分離裝置為內部中空的圓筒；生物濾池I進水口通過管道與固液分離裝置連接，在管道上有第七控制閥門；生物濾池II進水口通過管道與固液分離裝置連接，在管道上有第八控制閥門。
[0008]本發明所述生物濾池I下部有曝氣接口 I，上部有出水口 I，出水口 I管路上有第三控制閥門。所述生物濾池II下部有曝氣接口 II，上部有出水口 II，出水口 II上有第四控制閥門。所述加藥口距離結晶池底端200mm處。
[0009]一種廢水中磷的去除和回收方法，包括如下步驟:
(I)對生物濾池I和生物濾池II進行自然掛膜，自然掛膜成功后，兩組生物濾池中含有豐富的聚磷細菌；(2)廢水從進水管流入生物濾池I，關閉生物濾池I曝氣接口，生物濾池I為厭氧生物濾池，生物濾池I的溶解氧含量小于0.5mg/L, pH控制在7.5-8.0，溫度在18-30°C，水力停留時間2h，COD容積負荷在90-120g/(m3濾料.d)進行釋磷處理過程；
(3)步驟(2)處理后的廢水流入結晶池進行結晶反應過程，向結晶反應池中添加藥劑，添加的藥劑為鎂鹽，鎂鹽和磷的摩爾比為1.0:1.0-1.0:3.0，環境pH為7.5-8.0，藥劑和廢水在結晶池內充分混合，對結晶池的廢水施加150w/L的超聲功率，水力停留時間控制為Ih;由于超聲機械剪力和空化作用，廢水中磷結合化學藥劑可以在較低的濃度下形成磷酸鹽結晶。較一般的化學結晶反應，不僅節約了化學藥劑同時縮短了反應時間，且晶體生長速度加快，產生的晶體晶型分布更加均勻，更利于回收。
[0010](4)步驟(3)處理后的廢水流入固液分離裝置，晶體繼續生長，沉淀時間為6h，晶體沉淀于固液分離裝置底部，在固液分離裝置中由于離子碰撞和網捕作用會使晶體繼續生長，晶體沉淀于固液分離裝置底部，每3個運行周期排出積累晶體；
(5)步驟(4)排出的廢水流入生物濾池II，打開生物濾池II曝氣接口，調節生物濾池II為好氧生物濾池，其溶解氧含量3-5mg/L，pH=7.1_7.8，水力停留時間為2h，溫度為18-30°C，進行吸磷處理過程，經吸磷處理后的廢水達到排放標準，廢水排出。
[0011]本發明的廢水中磷的去除和回收方法，還包括如下步驟:
Ca)當生物濾池II中的聚磷細菌吸磷飽和后，出水磷濃度升高，把生物濾池II曝氣接口關閉，將生物濾池II調節為厭氧生物濾池，把生物濾池I曝氣接口打開，將生物濾池I調節為好氧生物濾池；
(b)廢水從進水管流入生物濾池II，生物濾池II的溶解氧含量小于0.5mg/L,pH控制在7.5-8.0，溫度在18-30°C，水力停留時間2h，COD容積負荷在90_120g/(m3濾料.d)進行釋磷處理過程；
(c)步驟(b)處理后的廢水流入結晶池進行結晶反應過程，向結晶反應池中添加藥劑，添加的藥劑為鎂鹽，鎂鹽和磷的摩爾比為1.0:1.0-1.0:3.0，環境pH為7.5-8.0，藥劑和廢水在結晶池內充分混合，對結晶池的廢水施加150w/L的超聲功率，水力停留時間控制為Ih ；
Cd)步驟(c)處理后的廢水流入固液分離裝置，晶體繼續生長，沉淀時間為6h，晶體沉淀于固液分離裝置底部，每3個運行周期排出積累晶體；
Ce)步驟(d)排出的廢水流入生物濾池I，生物濾池I的溶解氧含量3-5mg/L，pH=7.1-7.8，水力停留時間為2h，溫度為18-30°C，進行吸磷處理過程，經吸磷處理后的廢水達到排放標準，廢水排出；
當生物濾池I中的聚磷細菌吸磷飽和后，出水磷濃度升高，將生物濾池I調節為厭氧生物濾池，將生物濾池II調節為好氧生物濾池，重復步驟(2 )至(5 )。
[0012]本發明的有益效果是:與現有技術相比，本發明的處理工藝，利用超聲作用協同缺氧/好氧交替生物濾池，耦合超聲結晶除磷和缺氧/好氧生物濾池除磷技術，不僅進一步提高了除磷效率，而且能夠直接簡易的回收廢水中的磷酸鹽，同時解決了現階段普通工藝除磷效果不達標的問題。經過組合工藝處理的后廢水，出水磷濃度小于0.5mg/L,能達到一級A的排放標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》。而且利用超聲促進廢水磷的結晶，使溶液能夠在降低離子濃度下發生結晶，減少藥劑投加量，降低工藝成本。同時提高了磷酸鹽在低濃度離子條件的結晶速率，產生的晶體更加均勻，晶體更利于回收。本發明在A/0生物濾池的基礎上，耦合超聲結晶技術，在濾池外結晶直接回收，解決了結晶在濾池內發生易造成濾池板結的問題，而且使結晶能在低濃度下發生，降低了藥劑投加量，降低運行成本，同時能縮短結晶時間，促進晶體生長，是反應過程更節能，更利于回收結晶產物。所以本發明是一種新型節能的環境友好型處理工藝。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明廢水中磷的去除和回收系統的連接示意圖；
圖中:1-生物濾池I，2-結晶池，3-固液分離裝置，4-生物濾池II，5-第二控制閥門，6-第一控制閥門，7-曝氣接口 I，8-出水口 I，9-第三控制閥門，10-第五控制閥門，11-第六控制閥門，12-第四控制閥門，13-出水口 II，14-曝氣接口 II，15-第七控制閥門，16-第八控制閥門，17-加藥口，18-進水管。
[0014]圖2為本發明廢水中磷的去除和回收系統的電路圖。
【具體實施方式】
[0015]根據圖1所示，一種廢水中磷的去除和回收系統，包括生物濾池I (I)、生物濾池II (4)、結晶池(2)和固液分離裝置(3)，進水管(18)分別與生物濾池I (I)和生物濾池II (4)連接，在靠近生物濾池I (I)的進水管上有第一控制閥門￠)，在靠近生物濾池II(4)的進水管上有第二控制閥門(5);生物濾池I (I)和結晶池(2)通過管路連接，在管路上有第五控制閥門(10)，生物濾池II (4)和結晶池(2)通過管路連接，在管路上有第六控制閥門(11);