專利名稱：一種污水污泥處理的除磷耦合磷工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水的凈化處理方法，特別是一種污水污泥處理的除磷耦合磷工藝。
背景技術(shù)：
水體富營養(yǎng)化問題是當(dāng)前主要的環(huán)境問題之一，嚴(yán)重制約了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。磷作為營養(yǎng)因子是誘發(fā)水體富營養(yǎng)化的重要因素之一。其中水體中的磷主要來源于生活污水、洗滌劑和工業(yè)廢水，如何有效地去除廢水中的磷一直是世界各國環(huán)境工程研究者研究的熱點(diǎn)問題。國內(nèi)外研究者對除磷理論、技術(shù)及其相關(guān)工藝進(jìn)行了大量的研究。但大部分以消耗大量資源、能量為代價(jià)將污水中的氮、磷等污染物去除，存在“以能耗能”污染轉(zhuǎn)嫁的缺點(diǎn)。所以，打破傳統(tǒng)污水除磷工藝，實(shí)現(xiàn)污水中磷的資源化成為是科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來以鳥糞石形式回收為研究熱點(diǎn)。以鳥糞石形式回收的除磷技術(shù)可以用來處 理高濃度氨氮廢水和高濃度磷酸鹽廢水以及同時(shí)含有高濃度氨氮和磷酸鹽廢水，還能減少廢水中產(chǎn)生一些氮氧化物類型的大氣溫室氣體。但是這些研究主要側(cè)重于化學(xué)法回收處理，化學(xué)法除磷不僅是藥劑價(jià)格昂貴、運(yùn)行費(fèi)用較高、另外使大量陰離子殘留在水中，導(dǎo)致水的鹽度增加，造成二次污染，同時(shí)出水的氮、磷含量都還未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，還需用做進(jìn)一步的處理。而生物除磷耦合磷資源化過程是經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)路線，這種技術(shù)也逐漸成為可能。污水中的磷完全可能作為磷化氫的前體物，在厭氧微生物作用下，被還原生成磷化氫，以自由態(tài)、基質(zhì)吸附態(tài)磷化氫(matrix-bound)形式存在。對廢水厭氧處理過程中磷的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，其中總磷損失最大達(dá)78%。這些發(fā)現(xiàn)對污水除磷以及磷回收循環(huán)過程提供了思路，它不但表明污水除磷過程中，磷可以以氣態(tài)形式進(jìn)行去除，還表明磷可以以氣態(tài)形式在循環(huán)過程中進(jìn)行資源化回收。所以磷化氫在污水處理過程中的發(fā)現(xiàn)立刻引起了人們的普遍關(guān)注。因此研究污水除磷厭氧反應(yīng)器系統(tǒng)及其工藝中的磷如何轉(zhuǎn)化成磷化氫、磷化氫最終如何穩(wěn)定資源化等問題，進(jìn)而揭示廢水中磷的轉(zhuǎn)化過程和去除機(jī)理，建立資源化再生工藝技術(shù)，對拓寬污水除磷生物技術(shù)的應(yīng)用范圍，改變傳統(tǒng)“以能耗能”的技術(shù)具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，在污水污泥除磷過程中，磷以磷化氫形式進(jìn)行去除，并進(jìn)行資源化回收以降低污水磷處理成本，提高整體污水磷處理技術(shù)水平。本發(fā)明的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，是將污水污泥中的磷轉(zhuǎn)化成磷化氫的形式，再將磷化氫吸收使其資源化，在整個(gè)工藝流程中不需對污泥進(jìn)行外排放，其特征在于該工藝包括以下操作工序
(I)污水污泥的厭氧工藝
①在垂直厭氧折流板反應(yīng)器中加入污水污泥，并加入緩沖劑碳酸氫鈉調(diào)節(jié)污水污泥的PH值在6 6. 5之間，加入適量的濃度為500mg/L的葡萄糖作為還原糖；
②垂直厭氧折流板反應(yīng)器處于避光箱中，處于完全黑暗的環(huán)境中，并保持反應(yīng)器內(nèi)的溫度為32±1°C ;
③在垂直厭氧折流板反應(yīng)器底部的入氣口處通入氮?dú)忾_始曝氣，氣體流量為O. 08、. 09 m3/h (優(yōu)選O. 08 m3/h)，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度低于lmg/L ;垂直厭氧折流板反應(yīng)器中設(shè)置有電機(jī)控制的攪拌葉片，在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌?qiáng)度為 50 60r/min (優(yōu)選 50 r/min)；
④待上述厭氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從垂直厭氧折流板反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；
(2)污水污泥的厭氧工藝
該工序中的垂直厭氧折流板反應(yīng)器的內(nèi)外部環(huán)境條件與工序(I)中的相同，PH值和葡萄糖濃度也與工序(I)中的相同；
①關(guān)閉工序(I)中通入的氮?dú)庠?，改為向工?I)中的反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)通入空氣開始曝氣，氣體流量為O. 08 O. 09m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度高3mg/L，攪拌葉片在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌?qiáng)度為5(T60 r/min ；
②待好氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)干燥、去除CO2再干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；
(3)將吸附磷化氫的蒙脫石粘土吸附劑直接運(yùn)送到填埋區(qū)埋入土壤。進(jìn)一步的，步驟(2)中的②具體是待上述好氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體、氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，所述氫氧化鈉顆粒附著在多孔載體表面上；再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；所述多孔載體可為多孔陶瓷載體或其他聚合物多孔載體。進(jìn)一步的，該污水污泥處理的除磷耦合磷工藝的工序(I)和(2)中調(diào)節(jié)污水污泥的PH值為6。進(jìn)一步的，該污水污泥處理的除磷耦合磷工藝的工序(I)和(2)中反應(yīng)器內(nèi)的溫度為32°C。進(jìn)一步的，該污水污泥處理的除磷耦合磷工藝中曝氣的氮?dú)庠春涂諝庠词峭ㄟ^三通和反應(yīng)器底部的入氣口相連的。該污水污泥處理的除磷耦合磷工藝中，在厭氧階段中，磷化氫有積累的趨勢；到了好氧階段，磷化氫檢測值迅速下降，但在好氧階段仍有較穩(wěn)定的低水平磷化氫檢測值。磷化氫的產(chǎn)生對于微生物是復(fù)雜的過程，首先需要保證反應(yīng)過程在黑暗中進(jìn)行，其次反應(yīng)環(huán)境中需保證一定的還原力，即保證有足夠的還原糖。研究結(jié)果表明，酸性條件會(huì)促進(jìn)污泥結(jié)合態(tài)磷化氫釋放。隨著酸化程度的增加，厭氧污泥中結(jié)合態(tài)磷化氫消失速率加快。當(dāng)磷化氫濃度降低到一定程度后，消失速率也相應(yīng)下降。攪拌會(huì)促進(jìn)磷化氫的釋放，而其靜止條件下釋放的磷化氫濃度約為前者的I / 2。同樣溫度也是影響生成磷化氫的因素之一。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是將蒙脫石粘土吸附劑添加在厭氧反應(yīng)器后續(xù)的吸附柱中，將生成的磷化氫吸附，之后將共同反應(yīng)的吸附劑直接埋入土壤中，避免對環(huán)境的污染，從而完成磷化氫的資源化處理，以實(shí)現(xiàn)污水污泥的磷達(dá)標(biāo)去除、磷化氫的快速產(chǎn)生和資源化。
具體實(shí)施例方式 下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。以下實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。實(shí)例I
(1)污水污泥的厭氧工藝
①在垂直厭氧折流板反應(yīng)器中加入污水污泥，并加入緩沖劑碳酸氫鈉調(diào)節(jié)污水污泥的 PH值在6，加入適量濃度為500mg/L的葡萄糖作為還原糖；
②垂直厭氧折流板反應(yīng)器處于避光箱中，處于完全黑暗的環(huán)境中，并保持反應(yīng)器內(nèi)的溫度為32°C ；
③在垂直厭氧折流板反應(yīng)器底部的入氣口處通入氮?dú)忾_始曝氣，氣體流量為O.08 m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度低于lmg/L ;垂直厭氧折流板反應(yīng)器中設(shè)置有電機(jī)控制的攪拌葉片，在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢鑿?qiáng)度為50 r/min ；
④待上述厭氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從垂直厭氧折流板反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；
(2)污水污泥的厭氧工藝
該工序中的垂直厭氧折流板反應(yīng)器的內(nèi)外部環(huán)境條件與工序(I)中的相同，PH值和葡萄糖濃度也與工序(I)中的相同；
①關(guān)閉工序(I)中通入的氮?dú)庠?，改為向工?I)中的反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)通入空氣開始曝氣，氣體流量為O. 08 m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度高3mg/L，攪拌葉片在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌?qiáng)度為50 r/min ；
②待上述好氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體、氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，所述氫氧化鈉顆粒附著在多孔載體表面上；再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；
(3)將吸附磷化氫的蒙脫石粘土吸附劑直接運(yùn)送到填埋區(qū)埋入土壤。曝氣的氮?dú)庠春涂諝庠词峭ㄟ^三通和反應(yīng)器底部的入氣口相連的。磷化氫的測定采用二次冷阱富集一氣相色譜(GC/NPD)法測定，氣相色譜為Agilent7890A,污水污泥樣的總磷采用鑰鋪抗分光光度法。該工藝中磷化氫和污水污泥中總磷含量隨時(shí)間的變化，試驗(yàn)結(jié)果見表I。表I
瓦應(yīng)時(shí)間(h) Il |2 |3 |4 |5 |6~
^_(mg/L)~28 30 27 26 20
_化氫(ng/L) | 20|430| 00|20|20|20試驗(yàn)結(jié)果表明，在厭氧階段，總磷濃度相對平穩(wěn)，磷化氫表現(xiàn)出積累的現(xiàn)象，在隨后的好氧階段，磷化氫檢測值迅速下降，并在此后的時(shí)間內(nèi)一直維持穩(wěn)定。本發(fā)明的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝中，通過對PH值、溫度、曝氣流量和攪拌條件等各方面的最佳控制，在厭氧反應(yīng)階段大大提高了磷化氫的生成量，實(shí)現(xiàn)了良好的除磷效果，并且進(jìn)一步的在好氧反應(yīng)階段一直能保持一定的磷化氫的產(chǎn)量，更好地實(shí)現(xiàn)了對污水污泥的除磷效果。實(shí)例2 (1)污水污泥的厭氧工藝
①在垂直厭氧折流板反應(yīng)器中加入污水污泥，并加入緩沖劑碳酸氫鈉調(diào)節(jié)污水污泥的PH值在6. 5，加入適量濃度為500mg/L的葡萄糖作為還原糖；
②垂直厭氧折流板反應(yīng)器處于避光箱中，處于完全黑暗的環(huán)境中，并保持反應(yīng)器內(nèi)的溫度為32°C ；
③在垂直厭氧折流板反應(yīng)器底部的入氣口處通入氮?dú)忾_始曝氣，氣體流量為O.09m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度低于lmg/L ;垂直厭氧折流板反應(yīng)器中設(shè)置有電機(jī)控制的攪拌葉片，在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌?qiáng)度為60 r/min ；
④待上述厭氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從垂直厭氧折流板反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；
(2)污水污泥的厭氧工藝
該工序中的垂直厭氧折流板反應(yīng)器的內(nèi)外部環(huán)境條件與工序(I)中的相同，PH值和葡萄糖濃度也與工序(I)中的相同；
①關(guān)閉工序(I)中通入的氮?dú)庠?，改為向工?I)中的反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)通入空氣開始曝氣，氣體流量為O. 09 m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度高3mg/L，攪拌葉片在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢鑿?qiáng)度為60 r/min ；
②待上述好氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體、氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，所述氫氧化鈉顆粒附著在多孔載體表面上；再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑；
(3)將吸附磷化氫的蒙脫石粘土吸附劑直接運(yùn)送到填埋區(qū)埋入土壤。曝氣的氮?dú)庠春涂諝庠词峭ㄟ^三通和反應(yīng)器底部的入氣口相連的。磷化氫的測定采用二次冷阱富集一氣相色譜(GC/NPD)法測定，氣相色譜為Agilent7890A,污水污泥樣的總磷采用鑰鋪抗分光光度法。該工藝中磷化氫和污水污泥中總磷含量隨時(shí)間的變化，試驗(yàn)結(jié)果見表2。表2
瓦應(yīng)時(shí)間(h) Il |2 |3 |4 |5 |6~
^_(mg/L)~29 30 27 26 20
_化氫(ng/L) I125I425I100I20I20I20
試驗(yàn)結(jié)果表明，在厭氧階段，總磷濃度相對平穩(wěn)，磷化氫表現(xiàn)出積累的現(xiàn)象，在隨后的好氧階段，磷化氫檢測值迅速下降，并在此后的時(shí)間內(nèi)一直維持穩(wěn)定。本發(fā)明的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝中，通過對PH值、溫度、曝氣流量和攪拌條件等各方面的最佳控制，在厭氧反應(yīng)階段大大提高了磷化氫的生成量，實(shí)現(xiàn)了良好的除磷效果，并且進(jìn)一步的在好氧反應(yīng)階段一直能保持一定的磷化氫的產(chǎn)量，更好地實(shí)現(xiàn)了對污水污 泥的除磷效果。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本發(fā)明構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本發(fā)明公開內(nèi)容及常識直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到也可采用其他方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可以被應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明描述功能和效果，不再一一舉例展開細(xì)說，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，其特征在于包括以下步驟 (1)污水污泥的厭氧工藝 ①在垂直厭氧折流板反應(yīng)器中加入污水污泥，并加入緩沖劑碳酸氫鈉調(diào)節(jié)污水污泥的PH值在6 6. 5之間，加入濃度為500 (mg/L)的葡萄糖作為還原糖； ②垂直厭氧折流板反應(yīng)器處于避光箱中，處于完全黑暗的環(huán)境中，并保持反應(yīng)器內(nèi)的溫度為32±1°C ; ③在垂直厭氧折流板反應(yīng)器底部的入氣口處通入氮?dú)忾_始曝氣，氣體流量為O. 08、. 09 m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度低于lmg/L ;垂直厭氧折流板反應(yīng)器中設(shè)置有電機(jī)控制的攪拌葉片，在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢鑿?qiáng)度為50 60r/min ； ④待上述厭氧反應(yīng)完全后，生成的磷化氫氣體從垂直厭氧折流板反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)干燥、去除CO2再干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑； (2)污水污泥的厭氧工藝 ①關(guān)閉步驟(I)中通入的氮?dú)庠?，改為向步驟(I)中的垂直厭氧折流板反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)通入空氣開始曝氣，氣體流量為O. 08 O. 09m3/h，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度高于3mg/L，攪拌葉片在曝氣過程中對污水污泥進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢鑿?qiáng)度為5(T60 r/min ； ②待好氧反應(yīng)完全徹底后，生成的磷化氫氣體從反應(yīng)器上部的出氣口導(dǎo)出，經(jīng)干燥、去除CO2再干燥后，將氣體引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，該磷化氫資源化吸收單元填料為蒙脫石粘土吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，其特征在于還包括將吸附磷化氫的蒙脫石粘土吸附劑直接運(yùn)送到填埋區(qū)埋入土壤。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，其特征在于步驟(I)和步驟(2)中所述經(jīng)干燥、去除CO2再干燥具體是經(jīng)一干燥器干燥除水，通過兩個(gè)串聯(lián)的裝有多孔載體、氫氧化鈉顆粒的U型管去除CO2，所述氫氧化鈉顆粒附著在多孔載體表面上；再經(jīng)過另一干燥器徹底干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，其特征在于步驟(I)和(2)中均調(diào)節(jié)污水污泥的PH值為6。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，其特征在于步驟(I)和(2)中均保持反應(yīng)器內(nèi)的溫度為32°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，其特征在于曝氣的氮?dú)庠春涂諝庠词峭ㄟ^三通和反應(yīng)器底部的入氣口相連的。
全文摘要
本發(fā)明公開一種污水污泥處理的除磷耦合磷工藝，是將污水污泥中的磷轉(zhuǎn)化成磷化氫的形式，再將磷化氫吸收使其資源化，在整個(gè)工藝流程中不需對污泥進(jìn)行外排放，該工藝包括以下操作工序污水污泥的厭氧工藝和污水污泥的厭氧工藝，將上述工序中生成的磷化氫氣體分別干燥除酸后，引入裝有磷化氫資源化吸收單元填料的吸附柱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)磷化氫的資源化處理，將吸附磷化氫的蒙脫石粘土吸附劑直接運(yùn)送到填埋區(qū)埋入土壤。該工藝將蒙脫石粘土吸附劑添加在厭氧反應(yīng)器后續(xù)的吸附柱中，將生成的磷化氫吸附，之后將共同反應(yīng)的吸附劑直接埋入土壤中，避免對環(huán)境的污染，從而完成磷化氫的資源化處理，以實(shí)現(xiàn)污水污泥的磷達(dá)標(biāo)去除、磷化氫的快速產(chǎn)生和資源化。
文檔編號C01B25/06GK102775018SQ201210259118
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者牛曉君 申請人:華南理工大學(xué)