一种废水除磷装置及其处理含磷废水的方法与流程

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种螺旋式除磷装置及其处理含磷废水的方法。

背景技术：

磷是生物体必不可少的一种元素，然而要是水体中的磷含量超过一定量时，不仅会对人体健康造成威胁、同时也会对水生生物造成危害。有研究表明，当水体中总磷含量超过0.2mg/L，可促进藻类过度繁殖，破坏原有水体的平衡，引起富营养化污染。在大型污水处理厂中，往往采用A2O工艺进行生物除磷，但是在小型的污水处理厂，或者分散式农村生活污水处理设备中，该繁琐的步骤难以操作。

基于此，化学沉淀法是目前处理含磷废水的有效方法。化学沉析剂主要有铝离子、铁离子和钙离子，其中石灰和磷酸根生成的羟基磷灰石的平衡常数最大,除磷效果最好.投加石灰于含磷废水中，钙离子与磷酸根反应生成沉淀，反应如下：

主反应：5Ca²⁺+7OH^-+3H2PO4^-＝Ca5(OH)(PO4)3↓+6H2O

副反应：Ca²⁺+OH^-＝Ca(OH)2↓

此外，还有大量文献和专利报道各种混合化学沉析剂，能够有效提升无机磷的沉淀效率，例如专利201611200586.1公开了一种无机、有机物结合的复合除磷剂，具有投资成本低、运行费用省、污泥量少等优点，经过该试剂处理后的出水磷浓度能够达到0.5mg/L。专利201210211006.4公开了一种复合除磷脱色剂及其除磷、脱色的方法，该复合试剂由硫酸亚铁、次氯酸钙、硼砂等组成，通过混合静置，实现废水除磷率达到70～95％，该发明操作简单，使用方便，除磷、脱色效果好。

上文所述试剂可以有效沉淀废水的无机磷，效果显著，但是这些试剂的利用率却非常低，往往低于1％。沉淀剂与污水的接触面积小，接触时间段导致利用低的主要原因之一。此外，磷酸根去除率主要取决于反应式的平衡常数及离子浓度，根据上述主反应可知，由于生活污水中的磷浓度较低，因此若反应需要正向进行，则需要降低沉淀物浓度及提高阳离子浓度，而取出沉淀物难以实现，只有不断提高阳离子浓度，才能实现磷的有效去除，从而导致大量除磷剂无效浪费。

技术实现要素：

基于现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种废水除磷装置，可以有效提升废水与除磷试剂的接触面积和接触时间，而且巧妙通过沉淀试剂自沉淀原理，实现调控磷酸根和沉淀剂浓度，致使沉淀反应正向进行，从而提升了除磷剂的利用率。

一种废水除磷装置，包括圆筒式的外壳和设于外壳内的螺旋器，所述螺旋器包括竖向设置的中心轴和连续绕置在中心轴上的螺旋片，所述螺旋片的外边缘与外壳内壁之间预留缝隙且缝隙小于1mm；顶层螺旋片上方的外壳壁上开设药剂投加口和出水口且药剂投加口位于出水口上方，最底两层螺旋片之间的外壳壁上开设污水进口，外壳的底部设置污泥出口。

本发明的作用原理为：

1)反应器上部投加除磷试剂，而沉淀物则会在螺旋器作用下，顺着螺旋器逐渐下沉。基于此，上部反应溶液中，阳离子浓度高且沉淀物浓度低，非常有利于沉淀反应正向进行，因此适用于处理总磷浓度低的废水，即反应后期废水。

2)反应器下部含有大量沉淀物，但是该沉淀物在上部仅仅处理了极少量磷，其主要是因为阳离子在氢氧根作用下自发沉淀，该沉淀物在遇到高浓度磷时，会再次与磷发生反应，产生沉淀，该过程正好适合用于处理底部进水中的高浓度磷。

优选地，所述外壳的高度h为1～2m，直径为高度h的3/10～3/5。

反应器外壳高度优选为1-2米，因为该除磷装置主要应用于分散式农村生活污水处理系统，水量较小，因此反应器高度无需高于2米，而当反应器高度低于1米时，反应器高度不足，无法实现沉淀与废水的有效分离，此外也降低了除磷剂与废水的接触时间，导致除磷效果不完全，也无法提高除磷剂的利用率。

优选地，所述出水口高度低于药剂投加口1-5cm。

优选地，所述螺旋片的外边缘与外壳内壁之间的缝隙需小于1mm。

反应器圆筒式外壳和螺旋器之间缝隙需小于1mm，当间距过大时，会导致沉淀剂直接从缝隙下落至底部，无法达到沉淀物二次利用的效果，但若外壳与螺旋叶片间无缝隙时，则会导致叶片边角产生反应死区。

优选地，所述螺旋叶片的外侧向下倾斜，且倾斜角度为5～20°。此处的倾斜角度是指螺旋叶片的倾斜面与水平面之间的夹角。

螺旋器叶片外侧需向下倾斜，倾斜角度A为5-20°。这由于螺旋器在转动过程中会使得沉淀物随水动力悬浮，为保证沉淀物在每一层能够停留足够多时间，而非直接从反应器中心垂直落下，因此需要使螺旋器叶片外侧需向下倾斜。

当倾斜角度低于5°时，大量沉淀物会直接从螺旋叶片中部直接下落，导致沉淀物与废水接触时间不足；但倾斜角度低于20°时，大量沉淀物会沉积在反应器周边，同样导致沉淀物与废水接触面积不足。

优选地，相邻螺旋叶片之间的间距为5～20cm。叶片间距过大，则会导致无效反应区过多；叶片间距多短，则易造成沉淀物堵塞。

本发明提供一种含磷废水的处理方法，利用所述废水除磷装置，包括如下步骤：

(1)将含磷废水从底部污水进口通过水泵压入，并顺螺旋器方向逐步上移；

(2)将除磷试剂从反应器顶部药剂投加口缓慢加入；

(3)每隔5-10天，将装置底部污泥通过污泥出水抽出。

作为优选，右旋螺旋桨螺旋方向为逆时针，左旋螺旋桨螺旋方向为顺时针，该螺旋过程除了可以使得反应器内部沉淀物与废水充分接触，也能保证反应器顶部沉淀物产生后立刻进入螺旋桨中，避免新沉淀物对出水产生影响，也省去了二次沉淀步骤。

优选地，螺旋器中螺旋速度为1-10rmp。

螺旋桨螺旋速度为1-10rmp，由于底部进水即会对水体产生动力，因此当进水量较大时，可停止螺旋桨旋转，当进水量较低时，可以适当开启螺旋桨，但旋转速度需要低于10rmp，旋转速度过高会导致反应器内部沉淀物与水体过渡混合，影响出水澄清度。

优选地，废水停留时间为0.5-2小时。

本发明方法针对含低浓度磷废水(<20mg/L)的处理效果更好，浓度过高会产生大量沉淀，造成螺旋桨堵塞。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明装置能够有效提高除磷剂利用，从而降低除磷成本；

(2)本发明无需任何人工维护，操作简单，耗能极低；

(3)本发明占地面积小，无需二次沉淀池。

附图说明

图1是本发明除磷装置示意图。

图2是本发明除磷装置的剖面图。

图中所示附图标记如下：

1螺旋器 2出水口 3外壳

4药剂投加口 5进水口 6出泥口

11中心轴 12螺旋叶片

具体实施方式

如图1和图2所示，一种废水除磷装置，包括圆筒式的外壳3和设于外壳内的螺旋器1，螺旋器1包括竖向设于外壳内中心处的中心轴11和连续绕置在中心轴上的螺旋叶片12，螺旋叶片的外边缘与外壳内壁之间的缝隙小于1mm，螺旋叶片的外侧倾斜设置，与水平面之间的夹角为5～20°。

外壳上且位于顶层螺旋叶片上方开设药剂投加口4和出水口2，且出水口低于药剂投加口1-5cm，最底两层螺旋叶片之间的外壳上开设污水进口5，相邻两层螺旋叶片之间的间距H为5～20cm；外壳底部中心最底处设置污泥出口6。外壳的高度h为1～2m，直径为高度h的3/10～3/5。

本发明的工作方式如下：

(1)将含磷废水从底部污水进口通过水泵压入，并顺螺旋器方向逐步上移；

(2)将除磷试剂从反应器顶部药剂投加口缓慢加入；

(3)每隔5-10天，将装置底部污泥通过污泥出水抽出。

实施例1

针对一股流量为30m³/d的农村生活污水，其进水总磷浓度为7.7mg/L，进水pH为6.3；所使用的除磷装置高度为1.4米，直径为0.7米；所选用的除磷试剂为市场直售的成品除磷剂(品牌凯雄，由Fe³⁺、OH^-、SO4^2-、Mg²⁺和Cl^-等多种离子组成)。

在传统搅拌池+沉淀池反应器中，每吨废水投加该除磷剂量为50g时，出水总磷浓度达到1.3mg/L，而当该试剂在本发明的除磷装置中使用时，每吨废水仅需要投加12g，废水出水总磷浓度即达到1.2mg/L。

实施例2

污水体系及使用装置同实施例1；所选用的除磷试剂为市场直售的成品除磷液(品牌中贝环保，成分未知)。

在传统搅拌池+沉淀池反应器中，加药量为液体0.3kg/立方水，出水总磷浓度达到0.7mg/L，而当该试剂在本发明的除磷装置中使用时，每吨废水仅需要投加0.09kg，废水出水总磷浓度即达到0.7mg/L。

实施例3

针对一股流量为75m³/d的农村生活污水，其进水总磷浓度为4.5mg/L，进水pH为6.1；所使用的除磷装置高度为1.8米，直径为1米；所选用的除磷试剂为市场直售的成品除磷剂(品牌中贝环保，成分未知)。

在传统搅拌池+沉淀池反应器中，加药量为液体0.2kg/立方水，出水总磷浓度达到1.0mg/L，而当该试剂在本发明的除磷装置中使用时，每吨废水仅需要投加0.07kg，废水出水总磷浓度即达到0.9mg/L。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。