立式液压铁路运输草支垫生产工艺
摘要
本草支垫公开了一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及装置。该装置包括A/A/O单元、臭氧处理单元和磷回收单元；臭氧处理单元包括相连接的臭氧反应器和臭氧发生器；磷回收单元包括磷释放池、前沉淀池、磷回收池、后沉淀池和污泥储存池；磷释放池、前沉淀池、磷回收池和后沉淀池依次连通，磷回收池还与加药装置相连接；前沉淀池的底端与后沉淀池的顶端均与污泥储存池相连通；污泥储存池与A/A/O单元中的缺氧池相连通；A/A/O单元中的沉淀池的底端与臭氧反应器的进泥口相连通；磷释放池与臭氧反应器的排泥口和厌氧池相连通。本草支垫在保持污水脱氮除磷效能的前提下，同步实现了剩余污泥减排和磷资源回收，降低了污泥处理处置的成本。
草支垫书
1. 一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置，其特征在于：
所述装置包括A/A/O单元、臭氧处理单元和磷回收单元；
所述臭氧处理单元包括相连接的臭氧反应器和臭氧发生器；
所述磷回收单元包括磷释放池、前沉淀池、磷回收池、后沉淀池和污泥储存池；所述磷释放池、前沉淀池、磷回收池和后沉淀池依次连通，所述磷回收池还与加药装置相连接；所述前沉淀池的底端与所述后沉淀池的顶端均与所述污泥储存池相连通；所述污泥储存池与所述A/A/O单元中的缺氧池相连通；
所述A/A/O单元中的沉淀池的底端与所述臭氧反应器的进泥口相连通；
所述磷释放池与所述臭氧反应器的排泥口和所述厌氧池相连通。
2. 根据草支垫1所述的装置，其特征在于：所述臭氧处理单元还包括制氧机，所述制氧机与所述臭氧发生器相连通。
3. 利用草支垫1或2所述装置同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法，包括如下步骤：
(1)污水流经所述A/A/O单元进行有机物去除和脱氮除磷；在所述沉淀池内进行泥水分离后得到的污泥，其中一部分污泥回流至所述A/A/O单元中的厌氧池，一部分污泥作为剩余污泥进行排放，一部分污泥进入所述臭氧处理单元；
(2)经所述臭氧处理单元处理后的污泥与来自所述厌氧池的污泥在所述磷释放池内混合后于所述前沉淀池内进行泥水分离，产生的上清液Ⅰ进入所述磷回收池中进行化学磷回收，底部的污泥进入所述污泥储存池；
(3)所述上清液I与磷回收试剂在所述磷回收池内作用，产生的混合液于所述后沉淀池中进行固液分离，得到硫酸盐沉淀和上清液Ⅱ，所述上清液Ⅱ进入所述污泥储存池中；
(4)所述污泥储存池中的混合液流入至所述缺氧池中。
4. 根据草支垫3所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述污水的平均污泥浓度为3～4g/L；
所述好氧池内污泥浓度为3-4g/L；
所述A/A/O单元进行脱氮除磷的过程中，硝化液内回流比为100％～200％，污泥回流比为25％～100％。
5. 根据草支垫3或4所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述臭氧处理单元处理过程中，臭氧的投料量为0.1～0.15g O3/g SS，其中SS表示悬浮固体物质。
6. 根据草支垫3-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述磷回收试剂为石灰、钙盐、铵盐/镁盐、铝盐和铁盐中至少一种。
7. 草支垫1或2所述同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置在污水处理中的应用。
说明书
同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及装置
技术领域
本草支垫涉及一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及装置，属于污水处理技术领域。
背景技术
大量剩余污泥的产生已经成为生物处理工艺面临的一个重要问题。剩余污泥不经有效处理处置将会直接或者间接威胁环境安全和公众健康，使污水处理的环境效益大大降低，甚至引发社会公众事件。现行的污泥处理技术主要包括：消化和发酵。污泥处置可分为资源化处置和非资源化处置，前者包括土地利用、污泥农用、焚烧发电以及建筑材料利用等，后者是指卫生填埋。剩余污泥的处理和处置在污水处理厂的运行费用中占有很大的比例，并且随着人们对于污泥处理处置带来的各种环境污染问题的敏感度不断上升，污泥处理的要求越来越高，污泥处置也受到严格的限制，污泥处理处置的成本将不断升高，其在污水处理成本中所占比重也将不断增大。由于剩余污泥具有量大和成分复杂等特点，使其在处理和处置过程中易产生二次污染。因此，污泥减量技术受到关注，研究者们从不同的角度对其进行了研究。
现有的污泥减量方法可以分为三类：物理法、化学法和生物法。物理法主要包括机械作用、热处理、微波、超声波、辐射等，但由于其能耗很大成本很高，在大规模污水处理中使用很不经济。化学法主要包括酸碱处理、Fenton试剂氧化、超临界水氧化、化学制剂解偶联等，但需要长期投加大量的化学药品，维持一定的反应条件，对反应器的要求高，而且存在产生二次污染的危险，因此在大规模的污水处理中推广使用较难。生物法主要包括生物捕食、生物酶、多功能微生物制剂等，但该方法的影响因素较多，而且规模越大越难以控制。因此，将污泥减量方法与污水生物处理工艺相结合的污泥源头减量技术对于解决剩余污泥问题具有重要的意义。
其中，污泥臭氧处理与活性污泥工艺相结合的污泥臭氧减量技术已经被证明是一项技术可行性较好的污泥减量技术。污泥经臭氧处理后胞内物质溶出，将其回流至生物处理系统后，系统内微生物可利用这部分物质进行隐性生长，从而实现污泥减量。该技术具有效率高、操作简单、无二次污染等优点。但是，该技术也存在一些不足，例如臭氧处理后的污泥回流至生物系统可能会导致出水水质恶化，污水处理效能下降，尤其是对于磷的去除。
水体富营养化主要是由氮、磷等营养元素向水体中过量排放引起的，因此脱氮除磷成为污水处理的基本要求之一。A/A/O工艺在我国被广泛用于二级或三级污水处理 以及中水回用中，具有良好的脱氮除磷效果。生物脱氮是依靠好氧硝化和缺氧反硝化实现的，在实际应用中往往存在反硝化碳源不足的问题，需要添加外加碳源，从而导致污水处理成本的升高。污泥臭氧处理过程中释放到上清液中的有机物可以作为反硝化的碳源。因此，A/A/O工艺与污泥臭氧处理结合可以减少甚至避免外加碳源的添加。生物除磷是利用聚磷菌一类的微生物厌氧释磷和好氧吸磷的特性，将污水中的磷转移到活性污泥中，再通过适量的排泥将磷排出生物处理系统，从而达到污水除磷的效果。但是，随着污水处理规模的增大、处理标准的提高和处理功能的扩展，富磷污泥的产量大幅增加，而且传统的富磷污泥处理处置手段会导致磷元素的大量流失和排放。A/A/O工艺和污泥臭氧处理结合可以大幅降低剩余污泥排放，但是污泥减排会导致磷在生物系统内累积，使得出水中的磷逐渐升高，导致生物系统除磷效能的下降甚至丧失。而且，生物除磷效能难以较大程度的提升，难以满足越来越严格的污水处理标准。
由于矿物磷源的逐渐减少，磷资源耗竭已经成为一个受到人们关注的问题。污水和污泥中含有大量的磷，可以作为磷源。因此，将化学磷回收工艺与A/A/O工艺和污泥臭氧处理结合起来，不仅可以为因污泥减量而累积在生物系统内的磷找到一个出口，而且可以以磷酸盐的形式回收磷元素。磷回收的方式会影响到磷回收效率和污水除磷效果。例如，从臭氧处理后污泥上清液中回收磷的效率受到污泥臭氧处理中磷释放和污泥减量率的限制，难以完全补偿由于污泥减量引起的生物系统除磷效能的下降；从厌氧池上清液中回收磷的效率受到厌氧池污泥释磷能力的影响，而且磷回收比例过大会导致生物系统内微生物群落的变化，从而影响系统污水处理的效能。
综上所述，寻找一种既能保持污水脱氮除磷效能又可以同步实现剩余污泥减排和磷资源回收的工艺对于解决剩余污泥和磷资源耗竭问题具有重要的意义。
草支垫内容
本草支垫的目的是提供一种同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法以及装置，使用本草支垫提供的装置以及方法进行污水处理时，能够在保持污水脱氮除磷效能的前提下，同步实现剩余污泥减排和磷资源回收，降低了污泥处理处置的成本。
本草支垫所提供的同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置，包括A/A/O单元、臭氧处理单元和磷回收单元；
所述臭氧处理单元包括相连接的臭氧反应器和臭氧发生器；
所述磷回收单元包括磷释放池、前沉淀池、磷回收池、后沉淀池和污泥储存池；所述磷释放池、前沉淀池、磷回收池和后沉淀池依次连通，所述磷回收池还与加药装置相连接；所述前沉淀池的底端与所述后沉淀池的顶端均与所述污泥储存池相连通； 所述污泥储存池与所述A/A/O单元中的缺氧池相连通；
所述A/A/O单元中的沉淀池的底端与所述臭氧反应器的进泥口相连通；
所述磷释放池与所述臭氧反应器的排泥口和所述厌氧池相连通。
本草支垫提供的装置，所述臭氧处理单元还包括制氧机，所述制氧机与所述臭氧发生器相连通，以提高臭氧产生效率。
本草支垫提供的装置中，所述A/A/O单元采用现有的脱氮除磷工艺，其中，厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池依次连接，厌氧池、缺氧池和好氧池可以合并设置，也可以单独设置，还可以将厌氧池单独设置、缺氧池和好氧池合并设置。当好氧池与缺氧池分开设置时，二者之间通过内回流装置连接；当好氧池与缺氧池合并设置时，利用隔板将二者隔开，同时利用好氧池底部的坡度实现污泥混合液的回流，可以不设内回流装置。
本草支垫还进一步提供了利用上述装置同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法，包括如下步骤：
(1)污水流经所述A/A/O单元进行有机物去除和脱氮除磷；在所述沉淀池内进行泥水分离后得到的污泥，其中一部分污泥回流至所述A/A/O单元中的厌氧池，一部分污泥作为剩余污泥进行排放，一部分污泥进入所述臭氧处理单元；
(2)经所述臭氧处理单元处理后的污泥与来自所述厌氧池的污泥在所述磷释放池内混合后于所述前沉淀池内进行泥水分离，产生的上清液Ⅰ进入所述磷回收池中进行化学磷回收，所述前沉淀池底部的污泥进入所述污泥储存池；
(3)所述上清液I与磷回收试剂在所述磷回收池内作用，产生的混合液于所述后沉淀池中进行固液分离，得到磷酸盐沉淀和上清液Ⅱ，所述上清液Ⅱ进入所述污泥储存池中；
(4)所述污泥储存池中的混合液流入至所述缺氧池中。
上述的方法中，所述A/A/O单元产生的污泥在所述臭氧处理单元中与臭氧气体发生反应，实现污泥减量。用于臭氧处理的污泥量可由MLSS的物料守恒模型确定。在该模型中，认为污泥减量完全由臭氧处理实现，因此，在臭氧处理中减少的污泥量与剩余污泥减排量相等。用于臭氧处理的污泥的流量和剩余污泥的流量可以根据下式估算。
λ=σXVηQXd·SRT]]>
δ=(1-σ)XVQXd·SRT]]>
其中，λ表示用于臭氧处理的污泥流量占进水流量的比例(％)，δ表示剩余污泥流量占进水流量的比例(％)，Q表示入水流量(L/d)，Xd表示剩余污泥的MLSS浓度(g/L)，X表示生物反应器内MLSS平均浓度(g/L)，V表示生物反应器的体积(L)，SRT为污泥龄(d)，η表示臭氧处理过程中污泥的溶解率(以MLSS浓度的变化计)(％)，σ表示污泥的减量率(％)。
上述的方法中，用于磷回收的厌氧池污泥量由磷元素守恒模型确定。在该模型中，认为每天随入水进入系统的磷的量等于随出水、剩余污泥和磷回收而排出系统的磷的量。用于磷回收的厌氧池污泥流量可以根据下式估算。
ζ=Pin-Pef-δθXd-λPozηPηPPan]]>
其中，ζ表示用于磷回收的厌氧池污泥流量占入水流量的比例(％)，Pin，Pef,，Pan和Poz分别表示入水、出水、厌氧池上清液和臭氧处理后污泥上清液中的磷浓度(g/L)，ηP表示磷回收的效率(％)，θ表示剩余污泥的磷含量(％)。
对于一个稳定运行的系统，Pef根据排放标准的需要来确定，η，Poz和ηP通过污泥臭氧处理实验和磷回收实验确定，其他参数保持相对稳定，可以根据运行过程中的经验数据确定。
本草支垫的方法中，磷回收后的污泥回流至A/A/O单元缺氧池，为反硝化反应提供碳源。
上述的方法中，步骤(1)中，所述污水的平均污泥浓度可为3～4g/L；
所述好氧池内污泥浓度可为3～4g/L；
所述A/A/O单元进行脱氮除磷过程中，硝化液内回流比(好氧池内混合液向缺氧池内的回流比例)可为100％～200％，如100％或200％，污泥回流比(为沉淀池内污泥回流到生物反应器内的比例)可为25％～100％，如33％或100％。
上述的方法中，步骤(2)中，所述臭氧处理单元处理过程中，臭氧的投加量可为0.1～0.15g O3/gSS，如0.10g O3/gSS或0.15g O3/gSS，其中SS表示悬浮固体物质(suspended solids)。
上述的方法中，步骤(3)中，所述磷回收试剂可采用石灰(生石灰或熟石灰)、钙盐、铵盐/镁盐、铝盐和铁盐中至少一种，使用石灰、铵盐/镁盐、钙盐时，具体采用结晶的方法进行磷的回收，使用铝盐或铁盐时，具体采用沉淀法进行磷的回收；
所述铵盐/镁盐指的是铵盐与镁盐的混合物。
本草支垫提供的方法由生物处理工艺和化学处理工艺组合而成，其中生物处理工艺是由厌氧生物处理、缺氧生物处理和好氧生物处理依次组合而成；化学处理工艺是污 泥臭氧处理和化学磷回收。经过臭氧处理后，污泥絮体被分解成大量的分散颗粒；微生物细胞溶解，胞内物质释放出来，使得污泥液相中的有机物、氮、磷等物质大幅增加；释放到污泥液相中的部分有机物质被臭氧矿化为CO2和H2O。臭氧处理后的污泥回流至生物处理系统，微生物利用污泥释放出来的物质进行隐性生长，从而实现污泥减量。污泥臭氧处理过程中释放出来的有机物可以作为反硝化的碳源，从而减少甚至避免了外加碳源的添加。臭氧处理过程中磷的释放使得污泥上清液中具有很高的磷浓度，对磷回收有利。但是，臭氧处理后污泥上清液磷回收的效率受到污泥臭氧处理的限制，不能完全抵消由于剩余污泥减排导致的生物系统除磷效能的下降。聚磷菌在厌氧条件下释磷，使得厌氧池污泥上清液中具有较高的磷浓度，通过厌氧池污泥上清液磷回收可以进一步抵消由于剩余污泥减排导致的生物系统除磷效能的下降。因此，本草支垫将二者结合起来，臭氧处理后污泥与一部分厌氧池内污泥混合后，对混合污泥的上清液进行磷回收，既可以实现富磷污泥磷回收又能调控生物系统除磷效能。生物处理工艺和化学处理工艺的耦合应用，在保证污水处理效果的前提下，实现了剩余污泥的减排和磷资源的回收，降低了污泥处理处置的成本。
本草支垫在保持污水脱氮除磷效能的前提下，同步实现了剩余污泥减排和磷资源回收，降低了污泥处理处置的成本。
附图说明
图1为本草支垫提供的同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置的结构示意图。
图中各标记如下：
1储水池、2厌氧池、3缺氧池、4好氧池、5I沉淀池、5II前沉淀池、5III后沉淀池、6空压机、7臭氧反应器、8臭氧发生器、9制氧机、10磷释放池、11磷回收池、12储泥池、13加药装置、14机械搅拌装置。
图2为本草支垫提供的同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的方法的流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置
本草支垫提供的同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷资源回收的装置的结构 示意图如图1所示。
如图1所示，本草支垫提供的装置包括A/A/O单元、臭氧处理单元和磷回收单元，其中，A/A/O单元中，储水池1连接厌氧池2；厌氧池2、缺氧池3和好氧池4合并设置，利用隔板将它们隔开，隔板上开过水孔(图中未示)，由过水孔依次连接各池；好氧池4连接沉淀池5；厌氧池2和缺氧池3分别安装机械搅拌装置14，好氧池4内布设曝气管(图中未示)，通过管道连接空压机6；好氧池4的硝化液回流至缺氧池3中。沉淀池5I底端分别与厌氧池2和臭氧反应器7的进泥口相连接；臭氧发生器8连接臭氧反应器7的进气口，制氧机9为臭氧发生器8提供氧气，臭氧反应器7、臭氧发生器8和制氧机9形成臭氧处理单元。磷回收单元中，磷释放池10与臭氧反应器7的排泥口和厌氧池2相连接。磷释放池10、前沉淀池5II、磷回收池11和后沉淀池5III依次连接。加药装置13为磷回收池11提供磷回收剂。前沉淀池5II的浓缩污泥和后沉淀池5III的上清液排入储泥池12中。储泥池12与缺氧池3相连接。磷释放池10、磷回收池11和储泥池12中均安装机械搅拌装置14。
实施例2、同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷回收的方法
利用实施例1提供的装置，同步实现污水脱氮除磷、剩余污泥减量和磷回收，工艺流程如图2所示。
储水池1中的污水和沉淀池5I中的回流污泥一起进入到厌氧池2中进行磷的释放和部分有机物的氨化。厌氧池2的混合液和好氧池4回流的硝化液一起进入缺氧池3进行反硝化脱氮。缺氧池3的混合液进入好氧池4进行有机物去除、硝化反应和磷的过量吸收。好氧池4的混合液进入沉淀池5I进行泥水分离，上清液排放，浓缩污泥一部分作为回流污泥回流至厌氧池2，一部分进入臭氧反应器7，一部分作为剩余污泥排放。臭氧处理后的污泥进入到磷释放池10与一部分来自厌氧池2的污泥进行混合，然后进入到前沉淀池5II进行泥水分离，上清液进入到磷回收池11中进行化学磷回收。磷回收池11中的混合液在后沉淀池5III中进行固液分离，以磷酸盐沉淀的形式回收磷。前沉淀池5II底部的污泥和后沉淀池5III的上清液一起进入储泥池12，在其中混合均匀后，回流到缺氧池3中。污泥臭氧处理过程中释放到上清液中的有机物可以作为缺氧池3中反硝化反应的碳源。
通过上述方法，在去除污水中有机物、氮、磷的同时，实现了剩余污泥的减量排放，降低了污泥处理处置的成本，减少甚至避免了缺氧池外加碳源的投加，实现了磷资源的回收。
实施例3、人工合成生活污水的处理
按照实施例2中的方法进行试验，试验条件以及结果如下：
进水平均水质：COD为350mg/L，TN为35mg/L，NH3-N为35mg/L，TP为3mg/L。 A/A/O生物反应器内平均污泥浓度为3g/L，好氧池污泥浓度约为3.5g/L，好氧池至厌氧池的污泥回流比为33％，好氧池至缺氧池的硝化液内回流比为100％，SRT＝25d，剩余污泥的MLSS浓度约为8.1g/L。臭氧投加量为0.10g O3/g SS，污泥溶解率为35％，λ＝1.8％，臭氧处理后污泥上清液中磷浓度约为52mg/L。采用Ca(OH)2作为除磷剂，厌氧池内上清液中磷浓度约为6mg/L，ζ＝17％，除磷效率约为90％。经检测，出水水质平均为：COD为23mg/L，NH3-N为0.2mg/L，TN为11.1mg/L，TP为0.34mg/L，各指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918–2000)的一级A标准。剩余污泥减量率约为70％。入水中约60％的磷得到回收。
实施例4、城市污水处理厂中的污水处理
按照实施例2中的方法进行试验，试验条件以及结果如下
进水平均水质：COD为395mg/L，SS为150mg/L，NH3-N为35mg/L，TN为72mg/L，TP为6mg/L。A/A/O生物反应器内平均污泥浓度为4g/L，好氧池的污泥浓度约为3.0g/L，好氧池至厌氧池的污泥回流比为100％，好氧池至缺氧池的内回流比为200％，SRT＝25d，剩余污泥的MLSS浓度约为7.8g/L。臭氧投加量为0.15g O3/gSS，污泥溶解率为38％，λ＝2.2％，臭氧处理后污泥上清液中磷的浓度为61mg/L。采用鸟粪石法进行污泥上清液化学除磷，厌氧池内上清液中磷的浓度约为10mg/L，ζ＝22％，除磷效率约为90％。经检测，出水水质平均为：COD为32mg/L，SS为5mg/L，NH3-N为1.5mg/L，TN为12.7mg/L，TP为0.47mg/L，各指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918–2000)的一级A标准。剩余污泥减量率约为70％。入水中约55％的磷得到回收。
以上实施例为本草支垫实施方式之一，本草支垫的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本草支垫所作的改变均应为等效的置换方式，都包含在本草支垫的保护范围之内。
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