一種用於混凝劑絮體有效釋放磷與有機物的方法與流程
2023-05-06 12:55:21 1
本發明屬於水處理技術領域，具體涉及一種用於混凝劑絮體有效釋放磷與有機物的方法。
背景技術：
混凝劑是一種固液相分離單元操作使用的重要藥劑，在當前我國廢水汙染處理中，推廣應用化學混凝技術，是一項花錢少、能夠有效大面積控制和減少廢水汙染、保護環境的有效手段。由於混凝處理的對象和水質的種類、性質不同，原有單品種的無機混凝劑早已不能滿足需要，於是新品種和複合混凝劑便相應出現，無機高分子混凝劑及其複合物是目前研製開發的主流混凝劑。聚合矽酸鐵鋁是一類新型的無機高分子混凝劑，是在聚矽酸及傳統的鋁鹽、鐵鹽等混凝劑的基礎上發展起來的聚矽酸與金屬鹽的複合物。眾所周知，鐵鹽混凝劑的特點是形成的絮體密實，沉降速度快，但絮體較小，卷掃作用差，處理後水的色度較深。鋁鹽混凝劑的特點是形成的絮體大，脫色效果好，但絮體鬆散易碎，沉降速度慢。若在聚矽酸中同時加入Fe3+、Al3+兩種金屬離子，製成聚矽酸鐵鋁混凝劑，則藥劑中不僅具有吸附架橋作用和電中和作用，而且具備鐵、鋁混凝劑的優點，並減弱彼此的弱點。
對汙水中的磷與有機物回收的工藝流程一般是通過混凝劑對汙水中的磷與有機物進行吸附，然後通過厭氧消化池，經過厭氧消化的過程將有機物分解為甲烷等氣體，汙水中的磷則通過磷酸鹽沉澱法進行回收。但是在這個過程中，往往由於絮體的存在，不斷累積在厭氧汙泥表面，導致在厭氧消化池中，有機物與磷都無法得到有效的分解與釋放，嚴重影響厭氧消化的效果。
目前，關於磷的釋放一般指汙泥中磷的釋放，其釋放的方法主要有臭氧氧化法、熱處理法、焚燒溶出法、厭氧消化法。臭氧氧化法是通過臭氧溶解細胞作用強化細菌的自身氧化，破壞不容易被生物降解的細胞膜，實現汙泥的減量化又可以促進細菌細胞內磷的釋放。但是由於汙泥破解能力取決於臭氧投入比，在大規模應用的情況下高投入比會導致耗能偏高。熱處理法是利用外加熱源致使汙泥絮體結構解體，使汙泥中一部分細胞物質從不溶態轉化為溶解態。雖然過程中需要加熱，耗能較大，成本高，但是該方法依然是工業上最普遍的方法。焚燒溶出是通過汙泥焚燒使汙泥變成灰狀後，添加溶劑使汙泥中的磷溶出，但是汙泥焚燒的費用昂貴，且由於剩餘汙泥中往往含有相當比例的重金屬，在磷溶出過程中也伴隨著重金屬的析出。厭氧消化釋磷是通過在無氧條件下產生的乙酸、丙酸等可作為碳源直接被聚磷菌利用，大大的促進厭氧條件下磷的大量釋放。該過程操作簡單，釋磷效果明顯，運行穩定費用低廉。由於生活汙水的磷與COD(化學需氧量)濃度不高，水量大，如果直接經過厭氧消化，會導致停留時間較短，處理效率低，設備負擔重等後果。因此更多的研究者採取混凝過程與厭氧消化過程耦合的方式，過程中汙水中的有機物和部分磷會被混凝劑吸附，同時還存在另一部分會與混凝劑反應生成磷酸鹽沉澱，混凝劑的絮體進入厭氧消化裝置實現對磷的釋放和有機物的分解。但是在這個過程中，往往由於絮體的存在，導致在厭氧消化設備中，有機物與磷都無法得到有效的釋放，同時絮體不斷累計在汙泥表面，嚴重影響厭氧消化過程的效果(例如明磊等人，城市汙水混凝預處理及汙泥厭氧消化實驗研究，中國海洋大學)。
生活汙水中的磷與有機物濃度不高，採取直接厭氧消化的過程，會導致停留時間較短，處理效率低，設備負擔重等後果。因此更多的研究者首先將磷與有機物濃縮，然後再通過厭氧消化過程進行釋放與分解。一般採取混凝過程與厭氧消化過程耦合的方式，過程中汙水中的有機物和部分磷會被混凝劑吸附，同時還存在另一部分會與混凝劑反應生成磷酸鹽沉澱，混凝劑的絮體進入厭氧消化池中實現對磷的釋放和有機物的分解。但是在這個過程中，往往由於絮體的存在並且不斷累計在汙泥表面，導致在厭氧消化池中，有機物與磷都無法得到有效的釋放，嚴重影響厭氧消化過程的效果。
本發明提供了一種用於混凝劑絮體有效釋放磷與有機物的方法，在汙水經過混凝劑處理後，汙水中的有機物和部分磷會被混凝劑吸附，同時還存在另一部分磷會與混凝劑反應生成磷酸鹽沉澱，此時混凝劑的絮體需經過鹼液處理，鹼液不僅能夠將絮體分解，而且還能與磷酸鹽沉澱反應，使不溶性磷酸鹽轉化為可溶性磷酸鹽，釋放出磷與有機物，除此之外，釋放磷和有機物的上清液中pH約為12，經過添加廉價的氯化鈣溶液之後，pH約為11-11.5，剛好為磷酸鈣沉澱法回收磷的最佳pH值，不需要額外再加入鹼液就可以實現磷酸鈣沉澱法回收磷，回收率在95％以上。對於厭氧消化過程，磷酸鈣沉澱法會消耗溶液中的OH-，促使磷回收過程的產水的pH處於8.5～9.5範圍的微鹼性環境，此時加入少量的酸即可調至厭氧消化過程的最佳pH範圍。該方法具有成本低、磷與有機物釋放率高、資源與能源回收率高、綠色經濟等特點。
技術實現要素：
本發明提供了一種用於混凝劑絮體有效釋放磷與有機物的方法，在汙水經過混凝劑(聚合氯化鋁)處理後，汙水中的有機物和部分磷會被混凝劑吸附，同時還存在另一部分磷會與混凝劑反應生成磷酸鹽沉澱，此時混凝劑的絮體需經過鹼液(NaOH溶液)處理，鹼液不僅能夠將絮體分解，而且還能與磷酸鹽沉澱反應，使不溶性磷酸鹽轉化為可溶性磷酸鹽，釋放出磷與有機物。
除此之外，釋放磷和有機物的上清液中pH約為12，經過添加廉價的氯化鈣溶液之後，pH約為11-11.5，正是磷酸鈣沉澱法回收磷的最佳pH值，不需要額外再加入鹼液就可以實現磷酸鈣沉澱法回收磷，回收率在95％以上。對於厭氧消化過程，磷酸鈣沉澱法會消耗溶液中的OH-，促使磷回收過程的產水的pH處於8.5～9.5範圍的微鹼性環境，此時加入少量的酸即可調至厭氧消化過程的最佳pH範圍。該方法具有成本低、磷與有機物釋放率高、資源與能源回收率高、綠色經濟等特點。
針對現有技術中的不足，本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供了一種用於混凝劑絮體有效釋放磷與有機物的方法，所述方法包括如下步驟：
步驟(1)混凝，將原水經過混凝劑，過濾獲得絮體和淨化水，淨化水用於其它用途；
步驟(2)鹼液處理，在步驟(1)獲得的絮體中，加入鹼性溶液，進行有機物釋放和磷釋放；
步驟(3)磷回收，經過有機物釋放和磷釋放的上清液中pH為12，添加鈣鹽溶液之後，pH為11-11.5，為磷酸鈣沉澱法回收磷的最佳pH值；
步驟(4)厭氧消化過程耦合，對於厭氧消化過程，磷酸鈣沉澱法會消耗溶液中的OH-，促使磷回收過程的產水的pH處於8.5-9.5範圍的微鹼性環境，此時加入0.01mol/L～10mol/L的酸即可調至厭氧消化過程的適宜pH範圍6.2～7.8；
步驟(5)經過厭氧消化後，得到甲烷。
其中，所述原水為低濃度磷與有機物的生活汙水或其他汙水。
其中，所述的鹼性溶液為NaOH或KOH鹼性溶液，濃度為0.01mol/L～10mol/L。
其中，鹼液處理過程中鹼液不僅能夠將絮體分解，而且還能與磷酸鹽沉澱反應，使不溶性磷酸鹽轉化為可溶性磷酸鹽，有效阻止絮體在厭氧汙泥表面積累，同時釋放出磷與有機物。
其中，混凝過程中的混凝劑為聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵或聚合硫酸鋁，混凝劑的加入量為0.1g/L～20g/L。
其中，磷回收過程中使用的方法為磷酸鹽沉澱法，選擇為磷酸鈣沉澱法、磷酸鎂銨沉澱法或磷酸鎂鉀沉澱法。
其中，磷回收的過程加入的鈣鹽選擇為氯化鈣或硝酸鈣，其濃度範圍為0.01mol/L～10mol/L。
有益效果
1、鹼液不僅能夠將混凝劑的絮體分解，而且還能與磷酸鹽沉澱反應，使不溶性磷酸鹽轉化為可溶性磷酸鹽，有效阻止絮體在厭氧汙泥表面積累，同時釋放出磷與COD；
2、鹼液處理後，能夠把溶液的pH調節至鹼性，有利於後續磷資源以磷酸鹽沉澱形式的回收；
3、該流程工藝的耦合，結構簡單，操作方便，可設計性強，耗能低，易於工業化；
4、該工藝裝置實現了絮體中磷與COD的釋放與回收，為資源利用和綠色經濟的發展提供強有力的支撐。
附圖說明
圖1是汙水中磷與有機物的混凝、釋放、回收以及分解的工藝流程；
圖2是酸、鹼、鹽處理絮體對磷與有機物的釋放率；
圖3是不同濃度的NaOH處理絮體對磷與有機物的釋放；
圖4是不同pH的NaOH處理絮體對磷與有機物的釋放率；
圖5是不同pH的釋放液對磷回收率的影響。
具體實施方式
實施例1
一種用於混凝劑絮體有效釋放磷與有機物的方法，所述方法包括如下步驟：
步驟(1)混凝，將原水經過混凝劑，過濾獲得絮體和淨化水，淨化水用於其它用途；
步驟(2)鹼液處理，在步驟(1)獲得的絮體中，加入鹼性溶液，進行有機物釋放和磷釋放；
步驟(3)磷回收，經過有機物釋放和磷釋放的上清液中pH為12，添加鈣鹽溶液之後，pH為11，為磷酸鈣沉澱法回收磷的最佳pH值；
步驟(4)厭氧消化過程耦合，對於厭氧消化過程，磷酸鈣沉澱法會消耗溶液中的OH-，促使磷回收過程的產水的pH處於8.5的微鹼性環境，此時加入0.01mol/L的酸即可調至厭氧消化過程的適宜pH為6.2；
步驟(5)經過厭氧消化後，得到甲烷。
所述原水為低濃度磷與有機物的生活汙水或其他汙水。
所述的鹼性溶液為NaOH鹼性溶液，濃度為0.01mol/L。
鹼液處理過程中鹼液不僅能夠將絮體分解，而且還能與磷酸鹽沉澱反應，使不溶性磷酸鹽轉化為可溶性磷酸鹽，有效阻止絮體在厭氧汙泥表面積累，同時釋放出磷與有機物。
混凝過程中的混凝劑為聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵或聚合硫酸鋁，混凝劑的加入量為0.1g/L。
磷回收過程中使用的方法為磷酸鹽沉澱法，選擇為磷酸鈣沉澱法、磷酸鎂銨沉澱法或磷酸鎂鉀沉澱法。
磷回收的過程加入的鈣鹽選擇為氯化鈣或硝酸鈣，其濃度為0.01mol/L。
最後應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本申請所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本申請型的保護範圍之中。