一种用于混凝剂絮体有效释放磷与有机物的方法与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于混凝剂絮体有效释放磷与有机物的方法。

背景技术：

混凝剂是一种固液相分离单元操作使用的重要药剂，在当前我国废水污染处理中，推广应用化学混凝技术，是一项花钱少、能够有效大面积控制和减少废水污染、保护环境的有效手段。由于混凝处理的对象和水质的种类、性质不同，原有单品种的无机混凝剂早已不能满足需要，于是新品种和复合混凝剂便相应出现，无机高分子混凝剂及其复合物是目前研制开发的主流混凝剂。聚合硅酸铁铝是一类新型的无机高分子混凝剂，是在聚硅酸及传统的铝盐、铁盐等混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合物。众所周知，铁盐混凝剂的特点是形成的絮体密实，沉降速度快，但絮体较小，卷扫作用差，处理后水的色度较深。铝盐混凝剂的特点是形成的絮体大，脱色效果好，但絮体松散易碎，沉降速度慢。若在聚硅酸中同时加入Fe³⁺、Al³⁺两种金属离子，制成聚硅酸铁铝混凝剂，则药剂中不仅具有吸附架桥作用和电中和作用，而且具备铁、铝混凝剂的优点，并减弱彼此的弱点。

对污水中的磷与有机物回收的工艺流程一般是通过混凝剂对污水中的磷与有机物进行吸附，然后通过厌氧消化池，经过厌氧消化的过程将有机物分解为甲烷等气体，污水中的磷则通过磷酸盐沉淀法进行回收。但是在这个过程中，往往由于絮体的存在，不断累积在厌氧污泥表面，导致在厌氧消化池中，有机物与磷都无法得到有效的分解与释放，严重影响厌氧消化的效果。

目前，关于磷的释放一般指污泥中磷的释放，其释放的方法主要有臭氧氧化法、热处理法、焚烧溶出法、厌氧消化法。臭氧氧化法是通过臭氧溶解细胞作用强化细菌的自身氧化，破坏不容易被生物降解的细胞膜，实现污泥的减量化又可以促进细菌细胞内磷的释放。但是由于污泥破解能力取决于臭氧投入比，在大规模应用的情况下高投入比会导致耗能偏高。热处理法是利用外加热源致使污泥絮体结构解体，使污泥中一部分细胞物质从不溶态转化为溶解态。虽然过程中需要加热，耗能较大，成本高，但是该方法依然是工业上最普遍的方法。焚烧溶出是通过污泥焚烧使污泥变成灰状后，添加溶剂使污泥中的磷溶出，但是污泥焚烧的费用昂贵，且由于剩余污泥中往往含有相当比例的重金属，在磷溶出过程中也伴随着重金属的析出。厌氧消化释磷是通过在无氧条件下产生的乙酸、丙酸等可作为碳源直接被聚磷菌利用，大大的促进厌氧条件下磷的大量释放。该过程操作简单，释磷效果明显，运行稳定费用低廉。由于生活污水的磷与COD(化学需氧量)浓度不高，水量大，如果直接经过厌氧消化，会导致停留时间较短，处理效率低，设备负担重等后果。因此更多的研究者采取混凝过程与厌氧消化过程耦合的方式，过程中污水中的有机物和部分磷会被混凝剂吸附，同时还存在另一部分会与混凝剂反应生成磷酸盐沉淀，混凝剂的絮体进入厌氧消化装置实现对磷的释放和有机物的分解。但是在这个过程中，往往由于絮体的存在，导致在厌氧消化设备中，有机物与磷都无法得到有效的释放，同时絮体不断累计在污泥表面，严重影响厌氧消化过程的效果(例如明磊等人，城市污水混凝预处理及污泥厌氧消化实验研究，中国海洋大学)。

生活污水中的磷与有机物浓度不高，采取直接厌氧消化的过程，会导致停留时间较短，处理效率低，设备负担重等后果。因此更多的研究者首先将磷与有机物浓缩，然后再通过厌氧消化过程进行释放与分解。一般采取混凝过程与厌氧消化过程耦合的方式，过程中污水中的有机物和部分磷会被混凝剂吸附，同时还存在另一部分会与混凝剂反应生成磷酸盐沉淀，混凝剂的絮体进入厌氧消化池中实现对磷的释放和有机物的分解。但是在这个过程中，往往由于絮体的存在并且不断累计在污泥表面，导致在厌氧消化池中，有机物与磷都无法得到有效的释放，严重影响厌氧消化过程的效果。

本发明提供了一种用于混凝剂絮体有效释放磷与有机物的方法，在污水经过混凝剂处理后，污水中的有机物和部分磷会被混凝剂吸附，同时还存在另一部分磷会与混凝剂反应生成磷酸盐沉淀，此时混凝剂的絮体需经过碱液处理，碱液不仅能够将絮体分解，而且还能与磷酸盐沉淀反应，使不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，释放出磷与有机物，除此之外，释放磷和有机物的上清液中pH约为12，经过添加廉价的氯化钙溶液之后，pH约为11-11.5，刚好为磷酸钙沉淀法回收磷的最佳pH值，不需要额外再加入碱液就可以实现磷酸钙沉淀法回收磷，回收率在95％以上。对于厌氧消化过程，磷酸钙沉淀法会消耗溶液中的OH^-，促使磷回收过程的产水的pH处于8.5～9.5范围的微碱性环境，此时加入少量的酸即可调至厌氧消化过程的最佳pH范围。该方法具有成本低、磷与有机物释放率高、资源与能源回收率高、绿色经济等特点。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于混凝剂絮体有效释放磷与有机物的方法，在污水经过混凝剂(聚合氯化铝)处理后，污水中的有机物和部分磷会被混凝剂吸附，同时还存在另一部分磷会与混凝剂反应生成磷酸盐沉淀，此时混凝剂的絮体需经过碱液(NaOH溶液)处理，碱液不仅能够将絮体分解，而且还能与磷酸盐沉淀反应，使不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，释放出磷与有机物。

除此之外，释放磷和有机物的上清液中pH约为12，经过添加廉价的氯化钙溶液之后，pH约为11-11.5，正是磷酸钙沉淀法回收磷的最佳pH值，不需要额外再加入碱液就可以实现磷酸钙沉淀法回收磷，回收率在95％以上。对于厌氧消化过程，磷酸钙沉淀法会消耗溶液中的OH-，促使磷回收过程的产水的pH处于8.5～9.5范围的微碱性环境，此时加入少量的酸即可调至厌氧消化过程的最佳pH范围。该方法具有成本低、磷与有机物释放率高、资源与能源回收率高、绿色经济等特点。

针对现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种用于混凝剂絮体有效释放磷与有机物的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)混凝，将原水经过混凝剂，过滤获得絮体和净化水，净化水用于其它用途；

步骤(2)碱液处理，在步骤(1)获得的絮体中，加入碱性溶液，进行有机物释放和磷释放；

步骤(3)磷回收，经过有机物释放和磷释放的上清液中pH为12，添加钙盐溶液之后，pH为11-11.5，为磷酸钙沉淀法回收磷的最佳pH值；

步骤(4)厌氧消化过程耦合，对于厌氧消化过程，磷酸钙沉淀法会消耗溶液中的OH-，促使磷回收过程的产水的pH处于8.5-9.5范围的微碱性环境，此时加入0.01mol/L～10mol/L的酸即可调至厌氧消化过程的适宜pH范围6.2～7.8；

步骤(5)经过厌氧消化后，得到甲烷。

其中，所述原水为低浓度磷与有机物的生活污水或其他污水。

其中，所述的碱性溶液为NaOH或KOH碱性溶液，浓度为0.01mol/L～10mol/L。

其中，碱液处理过程中碱液不仅能够将絮体分解，而且还能与磷酸盐沉淀反应，使不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，有效阻止絮体在厌氧污泥表面积累，同时释放出磷与有机物。

其中，混凝过程中的混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁或聚合硫酸铝，混凝剂的加入量为0.1g/L～20g/L。

其中，磷回收过程中使用的方法为磷酸盐沉淀法，选择为磷酸钙沉淀法、磷酸镁铵沉淀法或磷酸镁钾沉淀法。

其中，磷回收的过程加入的钙盐选择为氯化钙或硝酸钙，其浓度范围为0.01mol/L～10mol/L。

有益效果

1、碱液不仅能够将混凝剂的絮体分解，而且还能与磷酸盐沉淀反应，使不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，有效阻止絮体在厌氧污泥表面积累，同时释放出磷与COD；

2、碱液处理后，能够把溶液的pH调节至碱性，有利于后续磷资源以磷酸盐沉淀形式的回收；

3、该流程工艺的耦合，结构简单，操作方便，可设计性强，耗能低，易于工业化；

4、该工艺装置实现了絮体中磷与COD的释放与回收，为资源利用和绿色经济的发展提供强有力的支撑。

附图说明

图1是污水中磷与有机物的混凝、释放、回收以及分解的工艺流程；

图2是酸、碱、盐处理絮体对磷与有机物的释放率；

图3是不同浓度的NaOH处理絮体对磷与有机物的释放；

图4是不同pH的NaOH处理絮体对磷与有机物的释放率；

图5是不同pH的释放液对磷回收率的影响。

具体实施方式

实施例1

一种用于混凝剂絮体有效释放磷与有机物的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)混凝，将原水经过混凝剂，过滤获得絮体和净化水，净化水用于其它用途；

步骤(2)碱液处理，在步骤(1)获得的絮体中，加入碱性溶液，进行有机物释放和磷释放；

步骤(3)磷回收，经过有机物释放和磷释放的上清液中pH为12，添加钙盐溶液之后，pH为11，为磷酸钙沉淀法回收磷的最佳pH值；

步骤(4)厌氧消化过程耦合，对于厌氧消化过程，磷酸钙沉淀法会消耗溶液中的OH-，促使磷回收过程的产水的pH处于8.5的微碱性环境，此时加入0.01mol/L的酸即可调至厌氧消化过程的适宜pH为6.2；

步骤(5)经过厌氧消化后，得到甲烷。

所述原水为低浓度磷与有机物的生活污水或其他污水。

所述的碱性溶液为NaOH碱性溶液，浓度为0.01mol/L。

碱液处理过程中碱液不仅能够将絮体分解，而且还能与磷酸盐沉淀反应，使不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐，有效阻止絮体在厌氧污泥表面积累，同时释放出磷与有机物。

混凝过程中的混凝剂为聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁或聚合硫酸铝，混凝剂的加入量为0.1g/L。

磷回收过程中使用的方法为磷酸盐沉淀法，选择为磷酸钙沉淀法、磷酸镁铵沉淀法或磷酸镁钾沉淀法。

磷回收的过程加入的钙盐选择为氯化钙或硝酸钙，其浓度为0.01mol/L。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。