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体育彩票新11选5:污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收方法

發布時間:2019-11-6 17:13:51  中國污水處理工程網

体彩新11选5技巧 www.hmbhb.com   申請日2019.08.26

  公開(公告)日2019.11.01

  IPC分類號C02F9/04; C02F101/10

  摘要

  本發明公開了一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收裝置和方法,借助于流化床中上升水流使大量細小的HAP晶種顆粒流化,形成誘導結晶區;二級出水中低濃度的PO43‑和投加的OH‑和Ca2+在誘導結晶區首先生成HAP分子團簇,分子團簇在上升水流作用下與HAP晶種顆粒發生快速團聚結晶,生成結晶產物HAP,并沉積在流化床底部;少量破碎結晶產物,在上升水流作用下進入到流化床的緩沖區時,速度沿程逐漸下降,在重力作用下又重新返回到誘導結晶區,如此發生上升‑下沉循環,并在循環中逐漸成長,最終落入誘導結晶區充當新的晶種,補充由于結晶產物HAP排放所引起的晶種流失。本發明具有處理效果好且磷的回收利用價值高的優點。

  權利要求書

  1.一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收方法,其特征在于:借助于流化床中上升水流使大量細小的HAP晶種顆粒流化,形成誘導結晶區;

  二級出水中低濃度的PO43-和投加的OH-和Ca2+在誘導結晶區首先生成HAP及其前體物的分子團簇,分子團簇在上升水流作用下與HAP晶種顆粒發生快速團聚結晶,生成結晶產物HAP及其前體物,并沉積在流化床底部;

  少量破碎結晶產物,在上升水流作用下進入到流化床的緩沖區時,速度沿程逐漸下降,在重力作用下又重新返回到誘導結晶區,如此發生上升-下沉循環,并在循環中逐漸成長,最終落入誘導結晶區充當新的晶種,補充由于結晶產物HAP排放所引起的晶種流失。

  2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于:反應穩定后,誘導結晶區中HAP晶種的數量控制在20~50g/L,平均粒徑控制在50~150μm。

  3.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述誘導結晶區中Ca2+濃度控制在20~50mg/L,pH值控制在8.0~9.0。

  4.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述誘導結晶區上升流速控制為12~24m/h,所述緩沖區頂部上升流速控制為6~12m/h。

  5.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述流化床自下向上依次分為濃縮熟化區、誘導結晶區和緩沖區,二級出水、堿液和鈣鹽自誘導結晶區底部通入流化床中。

  6.根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述鈣鹽選自CaCl2,所述堿液選自NaOH溶液。

  7.一種實現權利要求1-6任一項所述方法的污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收裝置,包括流化床反應器,其特征在于:

  所述流化床反應器自下向上依次分為濃縮熟化區、誘導結晶區和緩沖區;

  所述誘導結晶區底部設有進水口、堿液投放口和鈣鹽投放口,所述誘導結晶區還設有HAP晶種投放口;

  所述緩沖區為錐形向上擴大段;

  還包括用于監測誘導結晶區內pH值的pH探測器。

  8.根據權利要求7所述的裝置,其特征在于:所述緩沖區的上方設有其溢流口連通的集水槽,所述濃縮熟化區呈倒錐形,且在錐底設有帶有排渣閥門的排渣管。

  9.根據權利要求7所述的裝置,其特征在于:還包括通過進藥管與所述鈣鹽投放口連通的CaCl2溶液箱,所述進藥管上設有計量泵和進藥閥門。

  10.根據權利要求7所述的裝置,其特征在于:還包括管道混合器和NaOH溶液箱;

  所述進水口和堿液投放口共用同一進口,所述管道混合器的其中一進液口與進水管連通,所述管道混合器的另一進液口與NaOH溶液箱的出液管連通,所述管道混合器的出液口與所述進水口連通;

  所述進水管上設有進水閥和進水泵,所述出液管上設有pH控制器,所述pH控制器根據pH探測器的監測結果控制NaOH溶液箱的投加量。

  說明書

  一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收裝置和方法

  技術領域

  本發明涉及污水除磷及磷回收技術領域,尤其涉及一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收裝置和方法。

  背景技術

  為全面遏制水環境污染,控制水體富營養化,我國正在全面開展污水廠提標改造,將出水標準由《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B提升至一級A,其中磷是核心控制指標。一級B和一級A標準中磷的限值分別為1.0mg/L和0.5mg/L。

  目前國內外已有較多成熟的污廢水控磷技術及裝備,如混凝除磷、膜過濾和離子交換等,均可滿足污水廠提標改造過程中磷的去除要求,但存在成本高、操作復雜、二次污染等問題。其中,混凝除磷需要投加較多的混凝劑,產生大量含磷污泥難以處理處置;膜過濾可以大幅去除污水中的磷,且與混凝聯用后去除效率可以進一步提升,但處理成本高,且存在膜污染的風險;離子交換需要頻繁對交換樹脂進行再生,再生費用高,且再生廢液容易導致二次污染;而且上述方法均不能實現對污水中磷的回收利用。

  誘導結晶除磷技術在高濃度含磷廢水的處理與資源化利用中已有應用,大幅去除磷的同時還可高效回收磷。該技術在城市污水廠中也有應用,如中國發明專利(CN105540770 A)公布了一種磁誘導結晶去除及回收污水中磷的方法及裝置,去除及回收污泥脫水濾液和污泥硝化液中磷,進水磷的濃度在5.9-60mg/L之間,出水磷濃度在0.66-3.2mg/L之間;中國發明專利(CN 104973723 A)公布了一種誘導結晶磷回收的裝置及方法,采用方解石作為晶種誘導污水中的磷以羥基磷酸鈣(HAP)晶體形式回收,進水磷濃度為38.8-45.9mg/L,出水磷濃度在8.0mg/L以下。上述方法中進水磷濃度遠高于污水廠二級出水磷濃度(1mg/L左右),且出水磷濃度超出一級A標準限值0.5mg/L,無法直接應用于污水廠提標改造對磷的去除要求。

  中國發明專利(CN 104310641 A)公布了一種低磷水深度除磷的方法,以改性珊瑚砂為晶種,通過一級流化床結晶和二級固定床結晶,可將二級出水磷降低至0.2mg/L以下,同時磷以結晶產物HAP形式得到回收。但該方法采用流化床與固定床串聯形式,各自水力停留時間長達5.46h和4.58h,所需設備或構筑物體積較大。以10萬m3/d污水廠為例,所需設備或構筑物總體積達4萬m3,這在污水廠提標改造中顯然是不適宜的。

  總之,迄今為止尚未見有針對污水廠提標改造,既能滿足一級A標準關于磷濃度限值要求,又能回收利用磷,同時適宜性強的二級出水深度除磷及磷回收技術方法公開報道。

  發明內容

  本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此,本發明的目的之一在于提供一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收裝置和方法。該裝置和方法采用流化床結構形式,通過高密度誘導結晶,實現對低磷濃度污水處理廠二級出水的深度除磷和磷回收。

  為解決上述技術問題,本申請采用如下技術方案:

  一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收方法,借助于流化床中上升水流使大量細小的HAP晶種顆粒流化,形成誘導結晶區;

  二級出水中低濃度的PO43-和投加的OH-和Ca2+在誘導結晶區首先生成HAP及其前體物的分子團簇,分子團簇在上升水流作用下與HAP晶種顆粒發生快速團聚結晶,生成結晶產物HAP及其前體物,并沉積在流化床底部;

  少量破碎結晶產物,在上升水流作用下進入到流化床的緩沖區時,速度沿程逐漸下降,在重力作用下又重新返回到誘導結晶區,如此發生上升-下沉循環,并在循環中逐漸成長,最終落入誘導結晶區充當新的晶種,補充由于結晶產物HAP排放所引起的晶種流失。

  進一步的,所述流化床自下向上依次分為濃縮熟化區、誘導結晶區和緩沖區,二級出水、堿液和鈣鹽自誘導結晶區底部通入流化床中。

  發明人研究發現,反應穩定后,將誘導結晶區內HAP晶種的數量控制在10~60g/L,優選為20~50g/L,平均粒徑控制在45~200μm,優選為50~150μm范圍內時,出水磷濃度可控制在0.3mg/L以下。而當粒徑低于45μm時,晶種有一定的流失,粒徑高于200μm或晶種數量低于10g/L時,出水磷濃度無法穩定在0.3mg/L以下,晶種數量高于60g/L時,結晶區水頭損失明顯增加,能耗較大。

  為形成高密度誘導結晶區,本申請選擇較小的初始晶種粒徑和較大的投加量,初始晶種粒徑為75μm左右,初始晶種投加量為50g/L。

  優選地,為確保高密度誘導結晶區晶種的分散懸浮和二次成核,同時強化快速團聚結晶過程,誘導結晶區上升流速控制在12~24m/h。

  優選地,為強化高密度誘導結晶區HAP分子團簇的形成過程,Ca2+投加量控制在20~50mg/L,高密度誘導結晶區中部pH控制在7.5~9.5,進一步優選為8.0~9.0。

  發明人進一步研究發現,將誘導結晶區中水力停留時間控制在5~10min,緩沖區頂部上升流速控制在6~12m/h比較適宜。當水力停留時間低于5min時,結晶過程不充分,高于10min時,結晶區所需體積較大,裝置造價增加;上升流速低于12m/h時,結晶區晶種流化不充分,上升流速高于24m/h時,晶種存在流失的潛在風險?;撼邇ゲ苛魎俚陀?m/h或高于12m/h時,破碎結晶產物不能很好的在緩沖區實現有效循環并逐漸成長為新的晶核。

  進一步的,鈣鹽包括氯化鈣、硝酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈣等,因硫酸鈣和碳酸鈣溶解度小,不宜選用,可選擇氯化鈣或硝酸鈣。堿液包括氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鈣,因氫氧化鈣溶解度較小,不宜選用,可供選擇的為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

  一種污水處理廠二級出水深度除磷及磷回收裝置,包括流化床反應器,所述流化床反應器自下向上依次分為濃縮熟化區、誘導結晶區和緩沖區;

  所述誘導結晶區底部設有進水口、堿液投放口和鈣鹽投放口,所述誘導結晶區還設有HAP晶種投放口;

  所述緩沖區為錐形向上擴大段;

  還包括用于監測誘導結晶區內pH值的pH探測器。

  進一步的,所述緩沖區的上方設有其溢流口連通的集水槽,所述濃縮熟化區呈倒錐形,且在錐底設有帶有排渣閥門的排渣管。

  進一步的,還包括通過進藥管與所述鈣鹽投放口連通的CaCl2溶液箱,所述進藥管上設有計量泵和進藥閥門。

  進一步的,還包括管道混合器和NaOH溶液箱;

  所述進水口和堿液投放口共用同一進口,所述管道混合器的其中一進液口與進水管連通,所述管道混合器的另一進液口與NaOH溶液箱的出液管連通,所述管道混合器的出液口與所述進水口連通;

  所述進水管上設有進水閥和進水泵,所述出液管上設有pH控制器,所述pH控制器根據pH探測器的監測結果控制NaOH溶液箱的投加量。

  原理及優勢

  發明人研究發現,因二級出水中磷濃度較低(一般在0.6~2.0mg/L的范圍),溶液體系HAP過飽和度較低,結晶反應驅動力不足,PO43-和投加的OH-和Ca2+在誘導結晶區無法直接結晶生成結晶產物HAP,此時PO43-、OH-和Ca2+以納米HAP分子團簇形式存在于水中,生成HAP及其前體物的分子團簇。

  本發明基于快速團聚結晶的誘導結晶深度除磷及磷回收的總體思路,除磷及磷回收裝置采用流化床結構形式,在流化床內投放大量細顆粒的HAP作為晶種,形成高顆粒物數量密度的高密度誘導結晶區,然后分子團簇在上升水流作用下與高顆粒物數量密度的晶種HAP發生快速團聚結晶,生成結晶產物HAP及其前體物,磷得以從二級出水中去除。

  本申請中,二級出水、堿液和鈣鹽自誘導結晶區底部通入流化床中,并在誘導結晶區中投入大量細顆粒的HAP作為晶種,堿液中的OH-和鈣鹽中的Ca2+與二級出水中低濃度的PO43-發生分子團簇反應,生成納米HAP分子團簇,HAP分子團簇在上升水流的作用下與HAP晶種顆粒進行快速團聚結晶,生成結晶產物HAP及其前體物,隨著團聚結晶的進行,結晶產物HAP及其前體物粒徑逐漸增加,最終在重力作用下克服上升水流的頂托,下沉到結晶產物底部形成泥渣。

  本發明中由于結晶區的高顆粒物數量密度特征,相應結晶產物顆粒數量密度也較高,誘導結晶區中結晶產物在上升水流作用下相互摩擦、碰撞,少量結晶產物破碎,形成新的晶核,即二次成核,新晶核隨上升水流進入進入緩沖區,因緩沖區通道截面面積沿程增加,相應上升水流流速沿程減小,當新晶核上升到沉淀區,將在重力作用下克服上升水流頂托,重新回落至誘導結晶區,如此發生上升-下沉循環,并在循環中逐漸成長,最終落入誘導結晶區充當新的晶種,補充由于結晶產物HAP排放所引起的晶種流失,經過緩沖區固液分離后的清水則從溢流口排出,二級出水處理過程中,無需再重新添加新的晶種。

  本申請中,在流化床底部設置結晶產物濃縮熟化區,隨著團聚結晶的進行,結晶產物HAP及其前體物粒徑逐漸增加,最終在重力作用下克服上升水流的頂托,下沉到結晶產物濃縮熟化排放區形成泥渣,在濃縮熟化區,結晶產物顆粒通過自重壓實,排除泥渣中間隙水,完成泥渣濃縮;結晶產物中HAP前體物隨濃縮時間的延長逐漸脫除結晶水,熟化成球形度高的HAP,最終裝置排出的結晶產物更加致密,球形度更高,回收利用價值高。

  隨著高密度誘導結晶區上半部分區域和緩沖區結晶過程的繼續,水中OH-被繼續消耗,最終出水pH值小于9.0,滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準。

  現有誘導結晶技術雖也外投晶種,但是其工作機理與本申請完全不同,如專利文獻CN 104310641 A中,以改性珊瑚砂作為晶種,PO43-、OH-和Ca2+以構晶離子形式逐一在晶種表面聚集結晶。這一過程包含PO43-、OH-和Ca2+從液相主體向固體表面液膜的傳質、液膜內部的傳質,以及結晶反應等多個步驟,整體結晶速率低,相應的,為提高除磷效果,水力停留時間長達數小時,所需反應設備體積龐大。

  但是本申請中,通過大幅提高晶種投加量和減小晶種顆粒粒徑,投加量高達50g/L,粒徑僅為75μm,構成了顆粒物數量密度高的高密度誘導結晶區,由于晶種顆粒物數量密度高,晶種顆粒與納米HAP分子團簇頻繁碰撞,以專利文獻Spherulitic growth ofcalcium carbonate(Crystal Growth&Design,2010,10:2935-2947)記載的團聚結晶形式迅速結晶,生成以晶種顆粒為核心的結晶產物HAP及其前體物,低磷濃度的污水廠二級出水中的磷得以去除。同時,結晶產物進入結晶產物濃縮熟化排放區,發生致密化和球形化,含水率也得到大幅降低,可以作為磷肥直接回收利用。

  與現有技術相比,本發明具有的有益效果在于:

  1、對低磷濃度污廢水的適應性強:通過提高晶種顆粒物數量密度,形成高密度誘導結晶區,將結晶過程由構晶離子向晶種表面的逐一附著結晶,調控為HAP分子團簇與晶種顆粒間的團聚結晶過程,使得結晶過程在較低的HAP過飽和度下即可實現,從而提高了對低磷濃度的適應性。

  2、除磷效率高,效果穩定:高密度誘導結晶區發生的團聚結晶,可以控制出水磷濃度穩定在0.3mg/L以下,除磷效率高,高密度誘導結晶區同步發生二次成核,采用流化床形式,同時誘導結晶區顆粒物數量密度高,在上升流水作用下,發生晶體顆粒間相互碰撞引起的二次成核,新的晶核在緩沖區成長為晶種,維持結晶區的高顆粒物數量密度水平,除磷效果穩定。

  3、藥耗小,運行成本低:PO43-、OH-和Ca2+的結晶方式為HAP分子團簇與晶種的快速團聚結晶,可以在較低HAP過飽和度下完成,相應節約了NaOH和含鈣沉淀劑的藥耗,運行成本較低。

  4、系統結構簡單,高度集成化,易于實現自動化:整個裝置除流化床主體外,附屬系統僅有pH控制器和含鈣沉淀劑投加系統,系統結構簡單,流化床主體集高密度誘導結晶、循環造粒、沉淀和結晶產物濃縮熟化等功能于一身,高度集成化,易于實現自動化控制。

  5、結晶產物純度高,磷回收利用價值高:在行業內創新性的首次采用HAP顆粒作為誘導劑;相應的,結晶產物也為HAP及其前體物,結晶產物純度高。同時,結晶產物在濃縮熟化區中脫除間隙水和結晶水,結晶產物致密性和球形度提高,因此磷的回收利用價值高,可以作為優質的磷肥直接回收利用。

  綜上所述,本發明的回收方法具有處理效果好且磷的回收利用價值高的特點。本發明的回收裝置具有結構簡單、高度集成化,運行成本低且高效穩定的特點。(發明人聶小保;陸洲;劉陽;梁軍;蔣昌波;隆院男;金筱英;胡明睿;周梨)

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