一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺。工艺系统包括转移聚集、沉淀分离、生物膜和脱氮处理，以及水热处理、改性制备等主要工艺单元。城市污水经转移聚集和沉淀处理，有机物浓缩富集至污泥中从而得以去除，然后进入生物膜单元，通过好氧操作吸收去除磷，再经生物脱氮处理，最终出水达到排放要求。将部分污泥进行水热处理，得到的水溶性大分子聚合物经改性制备成为转移聚集介质，回用于污水的转移聚集工艺；在生物膜单元与好氧操作交替进行的厌氧操作中，重复使用同一回收液，直至其中的磷递增至极限浓度后更换，可得到高浓度磷溶液；水热处理还能得到生物膜和生物脱氮所需的碳源。多余的污泥和水热处理固相产物均便于回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺
本专利技术涉及污水处理
，尤其涉及一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺。
技术介绍
城市污水处理是防止水体污染，保护水生态环境，保障人类生命健康的重要措施。目前的城市污水处理技术以去除污水中的“污染物”为目标，通过投入大量的能源和物料，将污水中的有机物、氮磷营养物分解转化为无害终产物或可以从水中分离去除的形态，达到净化水质、防止污染的目的。然而，城市污水中的所谓“污染物”，主要是人类生活中未被充分利用的各种原料以及产生的废弃物质，它们以有机物和各种氮、磷化合物的形式存在于污水中。采用可行的技术方法将这些物质以可以利用的能源或产品的形式加以回收再利用，同时实现水的无害化排放乃至再生利用，尽可能减少为追求污水中物质“稳定化”、“无害化”而无谓投入的能耗物耗，保留污水中物质所含的化学能和易于回收利用的赋存形态，是资源循环利用的可持续发展理念对污水处理技术提出的新要求。国内外现有的城市污水资源化方式主要是再生水回用和对主流处理工艺产生的副产物进行回收和资源化利用。如利用生物处理的剩余污泥生产甲烷或柴油等生物燃料、以鸟粪石或磷酸钙等形式从生物除磷工艺的富磷污泥中回收磷。以上述方式相关的工艺技术已臻于成熟。然而，这种资源化方式并未根本改变以污染物去除为目标的现行污水处理工艺模式，仅通过侧流回收实现了部分资源化。全面资源化就是要摒弃去除污染物的观念，在主流工艺路线中嵌入面向废水有机物、营养物等物质资源化回收的工艺单元，既达到资源的高回收率，又保证高出水品质。直接对城市污水中的有机物或营养物进行资源回收，首先会面临过低的物质浓度影响回收技术经济可行性的问题。因而，通过富集获得足够高的浓度就成为污水有机物和营养物资源化回收的首要前提。利用具有吸附、聚集特性的介质，实现污水中有机物由水相向固相的转移聚集，通过固液分离获得高浓度的有机物是富集污水中有机物质的一种重要方式，且具有富集过程能耗低、有机物转化损失少的独特优势。现有的技术方法是采用混凝剂作为有机物聚集的介质。采用无机混凝剂将使富集物中无机成分含量高，且将污水中的磷固化的弊端，不利于有机物的回收利用，也影响磷的有效回收；有机絮凝剂对溶解性氮磷化合物的截留率不高，有利于选择性富集有机物质。然而，无论投加无机或有机混凝剂，均增加了富集过程的物料消耗。如能将聚集分离得到的固形有机物制备成有机聚集介质，用于实现污水有机物的转移聚集，将大大减少有机物富集过程的物耗，同时也是一种污水有机物资源回收利用的方式。随着这种工艺的持续处理运行，从污水中富集的有机污泥量将远大制备聚集介质的需要。所以，多余的有机污泥可以按现有的方式通过生物发酵产甲烷，还便于利用目前广泛研究的生物发酵技术，将其中组成复杂、存在形态多样的污水有机物转化为多样化的可利用产品，例如生产氢、乙醇、生物柴油等能源物质，或将污水中的多元有机物首先转化为挥发性脂肪酸(VFA)，进而再发酵生产PHA、微生物蛋白、藻酸盐等产品。从污水中回收磷的必要性在于它是一种稀缺性的重要资源。天然磷矿石因开采而逐年减少，而据估算，城市污水厂所排放的磷大约能满足人类15～20％的磷需求。国内外城市污水厂的磷资源回收，目前主要以强化生物除磷(EBPR)工艺的剩余污泥为对象，从污泥浓缩、厌氧发酵上清液及污泥压滤液中获得高浓度磷酸盐，然后以化学沉淀、结晶等物理化学方式进行鸟粪石、磷酸钙等磷产品的回收。以此方式进行磷回收依赖EBPR工艺将城市污水中低浓度的磷酸盐生物富集于活性污泥中，通过对污泥中磷的释放或提取，获得满足回收要求的富磷溶液。然而，EBPR工艺从本质上仍是一种以有机物转化去除为主的工艺技术，在其中污水有机物被大量转化为微生物细胞，同时消耗大量的氧。若在以资源化为主要目标的城市污水处理工艺流程中，经有机物回收后的低碳低磷污水将难以满足传统EBPR工艺中活性污泥的生长代谢需求，因而通过这种侧流模式获取高浓度磷酸盐的途径也就不复存在，需要采用新工艺技术实现低碳低磷污水中磷酸盐的富集。生物膜工艺将是可满足从低碳低磷污水中去除与富集磷酸盐的一种新工艺技术。是否有必要对城市污水中的氮进行回收利用尚未达成共识。与磷的资源稀缺性不同，大气中的氮“取之不尽用之不竭”。有观点认为，与以大气中氮为原料的工业合成氨技术相比，从城市污水中回收氮缺乏经济可行性，因而采用低耗高效的生物转化技术最终去除污水中残留的氮更具合理性。以厌氧氨氧化(Anammox)为核心的自养生物脱氮工艺利用氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AnAOB)的协同耦合实现脱氮，具有能耗物耗低和效能高的优势，是一种可持续、绿色环保的脱氮工艺，已经成功应用于处理高浓度含氨废水，将其作为城市污水主流脱氮工艺也已获得广泛共识。城市污水低温低氨环境所导致的PN-Amammox过程在主流工艺工程应用中稳定性差和效能低两大难题，通过多年的研究正逐步得以解决。因而，在城市污水资源化处理工艺流程中，当实现了有机物和磷的富集后，PN-Amammox工艺可以作为最终去除污水中残留的以氨氮为主的污染物，获得满足排放要求的经济有效的处理技术。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种回收有机物和磷的城市污水处理方法，本专利技术提供的城市污水处理方法可实现资源回收和高品质出水双重目标。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种回收有机物和磷的城市污水处理方法，包括以下步骤：(1)向城市污水中投加聚集介质进行转移聚集处理，使聚集介质逐步形成絮体且污水中可被吸附聚集的颗粒、胶体和大分子有机物转移聚集于絮体上，然后进行沉淀分离，使絮体在重力作用下沉淀至沉淀池的底部，得到富含有机物的污泥，沉淀池上部得到澄清出水；(2)将所述步骤(1)得到的澄清出水输入生物膜反应器中，进行好氧吸磷操作，使污水中的磷被吸收到生物膜中，完成好氧操作后得到磷含量达到要求的出水；(3)将所述步骤(2)得到的磷含量达到要求的出水进行生物脱氮处理，去除污水中的氮；得到的出水COD和氮磷含量均达到排放要求；所述步骤(2)生物膜反应器好氧/厌氧操作持续交替运行；在完成所述步骤(2)生物膜反应器的好氧操作并排出全部污水后，向所述生物膜反应器中加入磷回收液，并进行厌氧释磷操作，使存蓄在生物膜中的磷向磷回收液中释放；完成厌氧释磷操作后，将磷回收液全部排出至储罐中备用；将所述步骤(1)得到的富含有机物的污泥的一部分进行水热处理，控制水热反应条件，将污泥中的固体有机物质转化为水溶性大分子聚合物；将所述水溶性大分子有机物作为原料，加入改性药剂并控制反应条件，进行聚合反应，制备成具有吸附聚集与分离特性的聚集介质，回用于所述转移聚集处理中；所述厌氧释磷操作中，储罐中的磷回收液在厌氧释磷操作时多次反复使用，直至其中的磷浓度达到厌氧释磷的浓度极限后，更换新的磷回收液；得到的高浓度含磷溶液用于制备磷产品；所述步骤(3)生物脱氮处理和厌氧释磷操作中所需的碳源由所述步骤(1)得到的富含有机物的污泥进行水热处理，控制水热反应条件生成的水溶性小分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺，包括以下步骤：/n(1)向城市污水中投加聚集介质进行转移聚集处理，使聚集介质逐步形成絮体且污水中可被吸附聚集的颗粒、胶体和大分子有机物转移聚集于絮体上，然后进行沉淀分离，使絮体在重力作用下沉淀至沉淀池的底部，得到富含有机物的污泥，沉淀池上部得到澄清出水；/n(2)将所述步骤(1)得到的澄清出水输入生物膜反应器中，进行好氧吸磷操作，使污水中的磷被吸收到生物膜中；完成好氧操作后得到磷含量达到要求的出水；/n(3)将所述步骤(2)得到的磷含量达到要求的出水进行生物脱氮处理，去除污水中的氮；得到的出水COD和氮磷含量均达到排放要求；/n所述步骤(2)生物膜反应器好氧/厌氧操作持续交替运行；在完成所述步骤(2)生物膜反应器的好氧操作并排出全部污水后，向所述生物膜反应器中加入磷回收液，并进行厌氧释磷操作，使存蓄在生物膜中的磷向回收液中释放；完成厌氧释磷操作后，将磷回收液全部排出至储罐中备用；/n将所述步骤(1)得到的富含有机物的污泥的一部分进行水热处理，控制水热反应条件，将污泥中的固体有机物质转化为水溶性大分子聚合物；/n将所述水溶性大分子有机物作为原料，加入改性药剂并控制反应条件，进行聚合反应，制备成具有吸附聚集与分离特性的聚集介质，回用于所述转移聚集处理中；/n所述厌氧释磷操作中，储罐中的磷回收液在厌氧释磷操作时多次反复使用，直至其中的磷浓度达到厌氧释磷的浓度极限后，更换新的磷回收液；得到的高浓度含磷溶液用于制备磷产品；/n所述步骤(3)生物脱氮处理和厌氧释磷操作中所需的碳源由所述步骤(1)得到的富含有机物的污泥进行水热处理，控制水热反应条件生成的水溶性小分子有机物提供；/n所述步骤(1)得到的大部分污泥富含有机物质，可作为有机物回收利用的原料；所述将污泥中固体有机物质水热转化为水溶性大分子聚合物的过程中产生的固相产物-低品质水热炭，可用作土壤改良剂或辅助燃料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种回收有机物和磷的城市污水处理工艺，包括以下步骤：
(1)向城市污水中投加聚集介质进行转移聚集处理，使聚集介质逐步形成絮体且污水中可被吸附聚集的颗粒、胶体和大分子有机物转移聚集于絮体上，然后进行沉淀分离，使絮体在重力作用下沉淀至沉淀池的底部，得到富含有机物的污泥，沉淀池上部得到澄清出水；
(2)将所述步骤(1)得到的澄清出水输入生物膜反应器中，进行好氧吸磷操作，使污水中的磷被吸收到生物膜中；完成好氧操作后得到磷含量达到要求的出水；
(3)将所述步骤(2)得到的磷含量达到要求的出水进行生物脱氮处理，去除污水中的氮；得到的出水COD和氮磷含量均达到排放要求；
所述步骤(2)生物膜反应器好氧/厌氧操作持续交替运行；在完成所述步骤(2)生物膜反应器的好氧操作并排出全部污水后，向所述生物膜反应器中加入磷回收液，并进行厌氧释磷操作，使存蓄在生物膜中的磷向回收液中释放；完成厌氧释磷操作后，将磷回收液全部排出至储罐中备用；
将所述步骤(1)得到的富含有机物的污泥的一部分进行水热处理，控制水热反应条件，将污泥中的固体有机物质转化为水溶性大分子聚合物；
将所述水溶性大分子有机物作为原料，加入改性药剂并控制反应条件，进行聚合反应，制备成具有吸附聚集与分离特性的聚集介质，回用于所述转移聚集处理中；
所述厌氧释磷操作中，储罐中的磷回收液在厌氧释磷操作时多次反复使用，直至其中的磷浓度达到厌氧释磷的浓度极限后，更换新的磷回收液；得到的高浓度含磷溶液用于制备磷产品；
所述步骤(3)生物脱氮处理和厌氧释磷操作中所需的碳源由所述步骤(1)得到的富含有机物的污泥进行水热处理，控制水热反应条件生成的水溶性小分子有机物提供；
所述步骤(1)得到的大部分污泥富含有机物质，可作为有机物回收利用的原料；所述将污泥中固体有机物质水热转化为水溶性大分子聚合物的过程中产生的固相产物-低品质水热炭，可用作土壤改良剂或辅助燃料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中转移聚集处理的操作包括：将城市污水通过格栅、沉砂预处理后进入转移聚集池，加入聚集介质，控制水力停留时间并持续搅拌，使污水中可被吸附聚集的颗粒、胶体和大分子有机物转移聚集于絮体上；
所述步骤(1)中沉淀分离的操作包括：将经过转移聚集处理后的污水输入沉淀池，控制上升流速和水力停留时间，使其中絮体在重力作用下沉淀分离至沉淀池的底部。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中生物膜反应器中的生物膜好氧吸磷操作包括：将所述步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，潘杨，李大鹏，李祥，毕贞，顾晓丹，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32