濰坊日麗環(huán)保閆雪為您簡介磷回收利用– 面向未來的污水處理技術(shù)

1 生物除磷工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

德國柏林Waßmannsdorf 污水廠自20世紀(jì)90年代開始采用強(qiáng)化生物除磷工藝。裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間之后，發(fā)現(xiàn)消化后污泥在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生結(jié)晶堵塞，同時(shí)污泥脫水性能明顯變差。

通過深入細(xì)致的研究，現(xiàn)在不僅了解了這些問題和Bio-P 處理工藝之間的相互關(guān)系，而且可以所獲得的科學(xué)知識對工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。目前生物除磷工藝可以*正常運(yùn)行，同時(shí)不會產(chǎn)生上面描述的各種問題。

2 磷酸根濃度對污泥脫水性能的影響

在這里首先簡單介紹一下生物除磷時(shí)生物化學(xué)過程：由聚磷細(xì)菌累積的磷酸鹽(多聚磷) 后可從污水處理系統(tǒng)內(nèi)排出，但同時(shí)對后續(xù)污泥處理系統(tǒng)來說，又自然“進(jìn)口”了這些磷酸鹽。

在后續(xù)污泥消化塔內(nèi)，相當(dāng)一部分多聚磷又被重新返溶出來，以正態(tài)磷形式存在于消化污泥的液相之內(nèi)。因?yàn)榱妆旧硎且环N反應(yīng)十分活躍的元素，如果以溶解性離子形式存在與消化污泥中時(shí)肯定會和其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，后產(chǎn)生前面所描述的一系列問題。

首先可以和液體內(nèi)存在的胺和鎂反應(yīng)形成磷酸胺鎂 (MAP), 在一定的pH值和濃度環(huán)境之下，甚至?xí)诤罄m(xù)污泥處理工段內(nèi)產(chǎn)生沉淀結(jié)晶等問題。通過*研究觀測還可以證明, 很高的磷酸根離子濃度 (100~ 400mg/LPO₄^3-)會提高消化污泥 (細(xì)胞表面蛋白質(zhì)) 的親水能力, 從而對機(jī)械性污泥脫水產(chǎn)生負(fù)面影響。在食品工業(yè)例如魚肉加工工業(yè)內(nèi)，為了增加食品親水能力也是同樣添加磷化合物。但在污泥脫水處理時(shí)，磷的存在自然反而是造成負(fù)面影響 。

在采用離心脫水機(jī)或其他污泥脫水裝置進(jìn)行固液分離之后，含有高濃度磷酸鹽的污泥水又重新返回市政污水處理廠, 產(chǎn)生了相當(dāng)部分的磷返回負(fù)荷。從市政污水處理廠的總體磷平衡分析可以知道，對污水處理廠的出水磷指標(biāo)會產(chǎn)生負(fù)面影響。

柏林 Waßmannsdorf 污水處理廠的一些其他技改措施無意中進(jìn)一步突出了這一問題的嚴(yán)重性。特別是通過對污泥進(jìn)行靜力濃縮和機(jī)械濃縮處理之后，強(qiáng)制性導(dǎo)致污泥內(nèi)許多溶解性離子濃度如鎂、胺和磷進(jìn)一步提高。

特別是厭氧污泥消化過程中，隨著胺離子濃度增加還額外導(dǎo)致pH值上升, 從而進(jìn)一步加重了沉淀結(jié)晶問題 (圖 2)。

總結(jié)上面情況之后可以清楚看到，在引入生物除磷 (Bio-P) 工藝之后雖然提高生物污水處理過程中的除磷能力，節(jié)省化學(xué)沉淀藥劑費(fèi)用, 但同時(shí)還必須對后續(xù)污泥處理過程進(jìn)行優(yōu)化處理。必須在合適地點(diǎn)采用化學(xué)方法進(jìn)行定向干預(yù)，才能有效避免返溶產(chǎn)生的高濃度磷離子與物質(zhì)產(chǎn)生自發(fā)性沉淀反應(yīng)。.

3 解決處理方案

通過采用新開發(fā)的MAP-沉淀工藝，可以解決這一問題。簡單來說, 可在污泥消化塔和污泥脫水機(jī)之間進(jìn)行定向 MAP 沉淀處理，可以從污泥內(nèi)有效去除游離的正態(tài)磷，從而解決上面描述的各種問題。近些年來，德國柏林Waßmannsdorf市政污水處理廠在采用這一提磷回收工藝之后，使得生物除磷工藝能夠*經(jīng)濟(jì)有效的操作運(yùn)轉(zhuǎn)。

這一處理工藝的基本思想是首先將原來污泥處理工段各種設(shè)備內(nèi)無序自發(fā)性的磷沉淀反應(yīng)集中在一點(diǎn)進(jìn)行, 從而實(shí)現(xiàn)其他工藝處理過程能夠正常操作運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了達(dá)到這一目的，首先將消化污泥中間儲存在厭氧污泥消化塔之后的連續(xù)沉淀反應(yīng)罐內(nèi)，通過曝氣處理可將液體內(nèi)剩余的 CO₂ 吹脫排出, 從而將 pH值從 7.2 提高至7.8~8。與此同時(shí)，通過投加氯化鎂 (MgCl₂) 沉淀劑, 使得在此反應(yīng)罐內(nèi)的MAP 沉淀效率至少達(dá)到 90 %以上。在這個(gè)原來臨時(shí)設(shè)計(jì)的吹脫反應(yīng)罐的罐底上安裝了板式曝氣裝置, 不僅可以對液體內(nèi)的CO₂ 進(jìn)行吹脫處理, 還能使污泥得到攪拌均勻化處理,確保污泥和沉淀藥液之間獲得充分的混合攪拌。在試驗(yàn)開始初期，沒有打算將沉淀產(chǎn)生的MAP-結(jié)晶顆粒進(jìn)行抽提回收, 而是和消化污泥一起進(jìn)入后續(xù)安裝的離心脫水機(jī)進(jìn)行固液分離。

離心脫水處理之后多數(shù)的結(jié)晶物質(zhì)存留在污泥之內(nèi)，被分離的離心液內(nèi)磷酸根離子的去除效率可達(dá) 85%~90%。因此，可以中斷進(jìn)入市政污水處理廠的溶解磷返回負(fù)荷, 經(jīng)過一斷時(shí)間之后污水廠的出水磷含量會明顯好轉(zhuǎn)。目前，Waßmannsdorf市政污水處理廠可以*穩(wěn)定地遵守磷排放指標(biāo) <0.5mg/L P。只是為了對沼氣進(jìn)行脫硫處理，會在污水中投加少量沉淀鐵鹽。

已經(jīng)形成較大結(jié)晶顆粒的 MAP比重很大 (圖 5), 當(dāng)超過一定體積重量之后, 盡管沉淀反應(yīng)罐內(nèi)存在上升氣流仍然會沉積在曝氣板之下的罐底區(qū)域，定期由人工清理排出。如果不及時(shí)清理這些結(jié)晶沉淀物質(zhì), 則安裝在罐底的曝氣板會 MAP-沉淀結(jié)晶物質(zhì)而受堵塞，從而液體內(nèi)無法到達(dá)所要求的 pH值范圍。

4 MAP產(chǎn)品的回收利用

隨著市場上磷價(jià)格的不斷上升, 磷回收問題受到愈來愈多的重視。在設(shè)計(jì)建造新反應(yīng)裝置時(shí)，就考慮了磷回收問題。因?yàn)?/span>MAP 產(chǎn)品內(nèi)含有鎂和氮以及磷，營養(yǎng)價(jià)值很高，被*是工業(yè)肥料中的重要組成部分。 MAP 產(chǎn)品的回收利用變得愈來愈重要,因此, 通過采取以下技術(shù)措施對 MAP 結(jié)晶顆粒的抽提技術(shù)，洗滌清理技術(shù)以及 MAP回收利用進(jìn)行了以下開發(fā)工作:

氣提環(huán)流，增加液體在反應(yīng)罐內(nèi)的停留時(shí)間，提高結(jié)晶顆粒直徑

錐體罐底，防止曝氣板受到堵塞。通過時(shí)間控制進(jìn)行間隙排料

采用 MAP結(jié)晶顆粒的洗滌清理裝置，洗滌有機(jī)污泥，提高MAP 產(chǎn)品純度，從而達(dá)到可銷售和應(yīng)用的程度

MAP結(jié)晶顆粒洗滌裝置的工作原理簡單說明如下:

通過洗滌回收裝置 RoSF4/t 側(cè)面安裝的進(jìn)料口輸入含有MAP結(jié)晶體顆粒的污泥混合物料。通過在機(jī)械的下部區(qū)域定量輸入上流洗滌水(中水)，可以產(chǎn)生流化床區(qū)域并對含有不同比重的物料進(jìn)行密度分層，從而可將MAP結(jié)晶體顆粒和有機(jī)污泥物質(zhì)相分離。與此同時(shí)，通過一臺轉(zhuǎn)速緩慢的攪拌裝置，可以進(jìn)一步強(qiáng)化MAP結(jié)晶顆粒和有機(jī)污泥之間的密度分離。通過一根排料螺桿，可將洗滌清理之后的MAP結(jié)晶顆粒運(yùn)輸排出。在運(yùn)輸排料過程中同時(shí)進(jìn)行靜力脫水，后排入后續(xù)安裝的集料箱內(nèi)。有機(jī)污泥則仍然保留在洗滌箱內(nèi)，通過后續(xù)進(jìn)入的物料向上排出，連同注入的洗滌水一起流出裝置。

通過這一特殊的流化床洗滌工藝，可以充分利用有機(jī)污泥和MAP-結(jié)晶體之間的密度差異對輸入的污泥懸浮液進(jìn)行簡單有效的洗滌清理。配置壓力測試控制系統(tǒng)的均勻流化床洗滌分離裝置具有以下明顯特點(diǎn): 與固定洗滌床進(jìn)行比較知道，不管MAP顆粒直徑如何, 始終都能進(jìn)行密度分離，從而明顯提高了洗滌和分離效率。通過洗滌處理，幾乎絕大部分的有機(jī)物質(zhì)被洗滌分離, 終產(chǎn)品幾乎絲毫不存在市政污泥的特性。

在柏林 Waßmannsdorf 污水處理廠內(nèi)洗滌裝置已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)多年，用戶十分滿意，每天能夠產(chǎn)生大約 3t干凈的高檔 MAP-肥料。在此尿糞石物料內(nèi), 不僅含有元素磷，同時(shí)含有氮和鎂。抽提回收之后的 MAP 被定期分析成分，并作為農(nóng)肥在市場上進(jìn)行銷售。

對柏林 Waßmannsdorf 污水處理廠獲得的 MAP 產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)分析測試可以證明，結(jié)晶體顆粒純度很高。在對結(jié)晶顆粒內(nèi)污泥成份洗滌處理之后，所有測試的污染物參數(shù)指標(biāo)都明顯低于德國肥料規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)。

盡管目前銷售MAP 產(chǎn)品所獲得的收入還不能覆蓋磷回收運(yùn)轉(zhuǎn)成本，但因?yàn)榇颂幚砉に噹淼钠渌锰帲缥勰嘞９ぷ鬟\(yùn)轉(zhuǎn)，消除污泥管道和離心機(jī)的結(jié)垓堵塞，磷返送負(fù)荷明顯降低，污泥脫水固含量提高和化學(xué)藥劑量下降等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備投資就變得十分有意義。此外，還可以額外回收磷資源，從而降低昂貴磷資源的開采用量。

5 總結(jié)

通過近十年來的工程實(shí)踐證明，定向 MAP-沉淀工藝是對市政污水處理廠內(nèi)生物除磷 (Bio-P) 工藝的有效補(bǔ)充。通過這兩種處理工藝的有效結(jié)合和對多聚磷返溶所產(chǎn)生的正態(tài)磷進(jìn)行沉淀反應(yīng)，可以確保強(qiáng)化生物除磷工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

在采用 MAP-沉淀工藝并運(yùn)行幾周之后就可以看到，出水磷含量參數(shù)明顯好轉(zhuǎn)，鐵鹽投加量明顯下降，同時(shí)污泥脫水性能明顯上升。采用 MAP-沉淀工藝之前，消化污泥脫水時(shí)平均絮凝劑消耗量是 11~13kg/tDS。離心機(jī)脫水處理之后出料污泥固含量是在 24%~25%DS, 污泥處置費(fèi)用相應(yīng)較高。

在采用 MAP-沉淀工藝之后，絮凝劑消耗量降低至大約 8kg/tDS，平均出料污泥固含量是在27%~ 28% DS范圍內(nèi)。相對而言，所采用氯化鎂藥劑費(fèi)用較低，因此每年可以凈節(jié)省費(fèi)用 15 萬歐圓。

WFRL-AO山西省古交市食品加工廠污水處理

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