一种污水中磷微晶的回收系统及工艺

技术领域

本发明属于污水处理及资源回收领域，具体涉及一种污水中磷微晶的回收系统及工艺。

背景技术

在可持续发展水处理战略思想的指导下，于污水的处理的同时实现磷资源的回收利用，已经成为目前的研究热点；其不仅能实现资源循环利用解决磷矿资源枯竭的问题，还能避免水体富营养化的产生，提高水体生态健康。然而，目前污水中磷回收的方法有吸附法、化学沉淀法和诱导结晶法等，其存在的问题如下：吸附法需要进行脱吸附和吸附剂的再生，生产成本较高；化学沉淀除磷法会产生大量沉淀污泥，且产物含水率高、纯度低以及回收难度较大；诱导结晶法在诱导结晶反应器内易发生均相沉淀，使得磷微晶产量高，且微晶容易随出水流失，从而导致磷微晶回收率低，因此，往往需要设置沉淀池、安装筛网、投加混凝剂对磷微晶进行截留，其极大的提高了设备成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种污水中磷微晶的回收系统及工艺，利用水力旋流分离器对磷微晶进行分离回收，提高了磷微晶的收率，且设备成本低。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

技术方案一：

一种污水中磷微晶回收系统，包括诱导结晶装置，与所述诱导结晶装置通过晶体输送管道连通的水力旋流分离器，以及设置于所述水力旋流分离器底部的微晶回收池；所述诱导结晶装置包括至少1级的诱导结晶柱，所述诱导结晶柱下部的侧壁上设置有污水进口、药剂进口、碱液进口，所述诱导结晶柱的底部设置有气体进口，所述诱导结晶柱的顶部设置有排液口；所述药剂进口通过药剂管道设置有药液储罐，所述碱液进口通过碱液管道设置有碱液储罐，所述气体进口通过曝气管道设置有曝气机。

进一步的，当诱导结晶柱为多级时，多级诱导结晶柱串联，相邻两级诱导结晶柱通过移液管道相连通，末级诱导结晶柱的排液口与所述水力旋流分离器的进料口通过晶体输送管道相连通，所述移液管道的一端与所述诱导结晶柱的排液口连接，另一端与相邻下一级诱导结晶柱的污水进口连接。

进一步的，所述移液管道、药剂管道、碱液管道和所述晶体输送管道上均设置动力泵。

进一步的，所述水力旋流分离器包括上部为圆柱状、下部为倒锥形的壳体，设置于所述壳体顶部的溢流管，设置于所述壳体侧壁上部的进料口，设置于壳体底部的底流管；所述底流管延伸至所述微晶回收池内，所述进料口与所述圆柱状壳体的切线设置，所述溢流管延伸至所述壳体内。

进一步的，所述进料口为方形口；所述倒锥形的锥角≤15°。

技术方案二：

一种利用所述磷微晶回收系统回收磷的工艺，包括：

步骤A：向诱导结晶反应器内投加化学药剂、碱液和晶种，并利用曝气装置的气流实现料液的搅动，使污水中的磷在8~10的pH条件下，发生诱导结晶反应，形成磷微晶；

步骤B：将诱导结晶反应器的出水排入水力旋流分离器中，在料液的高速旋转下，利用离心力实现磷微晶的分离。

进一步的，所述化学药剂为钙盐、镁盐、铁盐中的任意一种，当所述化学药剂为钙盐时，所述磷微晶为羟基磷酸钙，当所述化学药剂为镁盐时，所述磷微晶为磷酸铵镁，当所述化学药剂为铁盐时，所述磷微晶为蓝铁矿；

所述晶种采用方解石、石英砂或者是羟基磷灰石中的一种或几种。

技术方案三：

一种包含所述的磷微晶回收系统的污水处理系统，包括依次连通的厌氧池、第一沉淀池、如权利要求1-5任一项所述的磷微晶回收系统、硝化池、第二沉淀池、缺氧池、后置曝气池、第三沉淀池；所述厌氧池上设置有总污水进口，所述第三沉淀池上设置有净水排放口；

进一步的，所述厌氧池的出水口与所述第一沉淀池的进水口通过第一污水管道连通，所述第一沉淀池的出水口与首级诱导结晶柱污水进口通过第二污水管道相连通，与所述硝化池通过第三污水管道相连通，水力旋流分离器的溢流管与所述硝化池的进水口通过第四污水管道相连通，所述硝化池的出水口与所述第二沉淀池的进水口通过第五污水管道相连通，所述第二沉淀池的出水口与所述缺氧池通过第六污水管道相连通，所述缺氧池的出水口与所述后置曝气池的进水口通过第七污水管道相连通，所述后置曝气池的出水口与所述第三沉淀池的进水口相连通。

进一步的，所述第一沉淀池的排泥口与所述缺氧池的进泥口通过第一污泥管道相连通；所述第二沉淀池上设置有第一排泥管，所述第一排泥管上设置有与外界相连通的第一排泥口，所述第一排泥管还与所述硝化池的进泥口通过第二污泥管道相连通；所述第三沉淀池上设置有第二排泥管，所述排泥管上设置有与外界连通的第二排泥口，所述第三沉淀池的第二排泥管还与所述厌氧池通过第三污泥管道相连通。

技术方案四：

一种利用所述污水处理系统的污水处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：污水进入厌氧池后，在厌氧池搅拌桨的作用下与第三沉淀池回流的反硝化聚磷污泥充分混合，反硝化聚磷污泥吸收水中的有机物，将碳源以聚-β-羟基丁酸酯(Poly-β-Hydroxybutyrate,PHB)的形式存储，同时发生厌氧释磷，

步骤2、厌氧池内的泥水混合物排入第一沉淀池进行泥水分离，分离出的上清液部分进入硝化池，另一部分进入诱导结晶装置，在诱导结晶柱内，污水中的磷在化学药剂的作用下在晶种表面进行结晶，形成磷微晶，然后料液进入水旋流分离器，将进行磷微晶与污水的分离，分离出的磷微晶进入微晶回收池，溢流管排出的上清液进入硝化池；而分离出富含PHB的反硝化聚磷菌的活性污泥则排入后继的缺氧池内；

步骤3、在硝化池内硝化菌的作用下，将污水中的氨氮转化为硝酸盐，为后继缺氧池内的反硝化聚磷反应提供电子受体；

步骤4、硝化池内的污水进入第二沉淀池进行泥水分离，上清液进入缺氧池，而部分污泥回流至硝化池内，剩余的污泥则排出到外界；

步骤5、在缺氧池内，搅拌桨将富含PHB的反硝化聚磷菌的活性污泥与上清液搅拌混合，反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体，利用存储的碳源发生同步反硝化聚磷反应，完成吸磷和反硝化后，缺氧池的污水进入后置曝气池；

步骤6：进入后置曝气池的污水进一步吸磷后，进入第三沉淀池进行泥水分离，上清液排出，部分污泥回流至厌氧池进行释磷，剩余污泥排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明在磷微晶反应器后增设水力旋流分离器分离器，能够减少微晶随出水而流失，提高系统中磷回收率，且水力旋流分离器具有结构简单、操作便捷、空间需求小、处理范围广等优点，有效减少加工难度及运行维护成本；且相比传统技术中，采用沉淀池、筛网等截留磷微晶技术而言，降低了设备成本。

2、本发明采用多级诱导结晶柱进行磷的诱导结晶，其获得的晶体颗粒大，便于磷微晶的回收分离，提高了回收率。

3、本发明将磷回收系统与污水处理系统耦合，在污水处理过程中，即可实现磷资源的结晶回收，提高了污水处理及磷资源回收的效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例中磷微晶回收系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中污水处理系统的结构示意图；

在图中：1、诱导结晶柱，2、晶体输送管道，3、水力旋流分离器，4、微晶回收池，5、药剂管道，6、药液储罐，7、碱液管道，8、碱液储罐，9、曝气管道，10、曝气机，11、移液管道，12、动力泵，13、污水管道，14、污水储罐，15、厌氧池，16、第一沉淀池，17、硝化池，18、第二沉淀池，19、缺氧池，20、后置曝气池，21、第三沉淀池， 22、总污水进口， 23、净水排放口，24、第一污水管道，25、第二污水管道，26、第三污水管道；27、第四污水管道，28、第五污水管道，29、第六污水管道，30、第七污水管道，31、第八污水管道，32、第一污泥管道，33、第一排泥管， 34、第一排泥口， 35、第二污泥管道，36、第二排泥管， 37、第二排泥口， 38、第三污泥管道，39、搅拌桨，40、壳体，41、溢流管，42、进料口，43、底流管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第 一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术 语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明进行进一步详细的叙述。

实施例1：

如图1所示的本发明一种污水中磷微晶回收系统，包括诱导结晶装置，与所述诱导结晶装置通过晶体输送管道2连通的水力旋流分离器3，以及设置于所述水力旋流分离器3底部的微晶回收池4；所述诱导结晶装置包括至少1级的诱导结晶柱1，所述诱导结晶柱1下部的侧壁上设置有污水进口、药剂进口、碱液进口，所述诱导结晶柱1的底部设置有气体进口，所述诱导结晶柱1的顶部设置有排液口；所述药剂进口通过药剂管道5设置有药液储罐6，所述碱液进口通过碱液管道7设置有碱液储罐8，所述气体进口通过曝气管道9设置有曝气机10。本发明在磷微晶反应器后增设水力旋流分离器3分离器，能够减少微晶随出水而流失，提高系统中磷回收率，且水力旋流分离器3具有结构简单、操作便捷、空间需求小、处理范围广等优点，有效减少加工难度及运行维护成本；且相比传统技术中，采用沉淀池、筛网等截留磷微晶技术而言，降低了设备成本。本发明采用多级诱导结晶柱1进行磷的诱导结晶，其获得的晶体颗粒大，便于磷微晶的回收分离，提高了回收率。

进一步的，所述污水进口通过污水管道13设置有污水储罐14。

作为本发明一种污水中磷微晶回收系统的一个实施例，当诱导结晶柱1为多级时，多级诱导结晶柱串联，相邻两级的诱导结晶柱1通过移液管道11相连通，末级诱导结晶柱的排液口与所述水力旋流分离器3的进料口42通过晶体输送管道相连通，所述移液管道11的一端与所述诱导结晶柱1的排液口连接，另一端与相邻下一级诱导结晶柱的污水进口连接。当所述诱导结晶柱1为1级诱导结晶柱时，所述诱导结晶柱同时作为首级诱导结晶柱和末级诱导结晶柱。

作为本发明一种污水中磷微晶回收系统的一个实施例，所述移液管道11、药剂管道5、碱液管道7和所述晶体输送管道2上均设置动力泵12。

作为本发明一种污水中磷微晶回收系统的一个实施例，所述水力旋流分离器3包括上部为圆柱状、下部为倒锥形的壳体40，设置于所述壳体40顶部的溢流管41，设置于所述壳体40侧壁上部的进料口42，设置于壳体40底部的底流管43；所述底流管43延伸至所述微晶回收池4内，所述进料口42与所述圆柱状壳体40的切线设置，所述溢流管41延伸至所述壳体40内。

作为本发明一种污水中磷微晶回收系统的一个实施例，所述进料口42为方形口；所述倒锥形的锥角≤15°。

实施例2：

一种利用实施例1所述磷微晶回收系统回收磷的工艺，包括：

步骤A：向诱导结晶反应器内投加化学药剂、碱液和晶种，并利用曝气装置的气流实现料液的搅动，使污水中的磷在8~10的pH条件下，发生诱导结晶反应，形成磷微晶；

步骤B：将诱导结晶反应器的出水排入水力旋流分离器3中，在料液的高速旋转下，利用离心力实现磷微晶的分离。

进一步的，所述化学药剂为钙盐、镁盐、铁盐中的任意一种，当所述化学药剂为钙盐时，所述磷微晶为羟基磷酸钙，当所述化学药剂为镁盐时，所述磷微晶为磷酸铵镁，当所述化学药剂为铁盐时，所述磷微晶为蓝铁矿；

所述晶种采用方解石、石英砂或者是羟基磷灰石中的一种或几种。

本发明在外部动力作用下，把含有微晶的水流混合物以较大的速度推入水力旋流分离器3内部，含有微晶的水流混合物沿着水力旋流分离器3的切向方向进入，促使料液沿筒壁作旋转运动，在旋转运动过程中，微晶颗粒受到离心力作用，由于微晶颗粒的密度大于四周液体的密度，因此，其所受的离心力越来越大，一旦微晶颗粒的离心力大于因运动所产生的液体阻力，微晶颗粒就会克服液体阻力向器壁方向移动，与周围液体分离，到达器壁附近的微晶颗粒受到旋流分离器上方液体推动，沿器壁向下运动，当到达底流管附近时，汇集成为稠化度较高的悬浮液，从底流管43排出；而分离后的液体旋转向下继续运动，进入倒圆锥段后，因水力旋流分离器3的内径逐渐缩小，液体旋转速度加快，使液体在产生涡流时沿径向方向的压力分布不均，越接近轴线的地方越小而至轴线时趋近于零，成为低压区甚至为真空区，导致液体趋向于沿轴线方向移动，同时，由于水力旋流分离器底流管43的口径大大缩小，液体无法迅速从底流管43排出，而水力旋流分离器3内部顶盖中央的溢流口，则由于处于低压区而使一部分液体向其移动，因而形成向上的旋转运动，使液体从溢流口排出，实现固液分离。

实施例3：

如图2所示的本发明一种污水处理系统的一个实施例，包括依次连通的厌氧池15、第一沉淀池16、磷微晶回收系统、硝化池17、第二沉淀池18、缺氧池19、后置曝气池20、第三沉淀池21；所述厌氧池15上设置有总污水进口22，所述第三沉淀池21上设置有净水排放口23；所述磷微晶回收系统包括诱导结晶装置，与所述诱导结晶装置通过晶体输送管道2连通的水力旋流分离器3，以及设置于所述水力旋流分离器3底部的微晶回收池4；所述诱导结晶装置包括3级串联的诱导结晶柱1，所述诱导结晶柱1下部的侧壁上设置有污水进口、药剂进口、碱液进口，所述诱导结晶柱1的底部设置有气体进口，所述诱导结晶柱1的顶部设置有排液口；所述药剂进口通过药剂管道5设置有药液储罐6，所述碱液进口通过碱液管道7设置有碱液储罐8，所述气体进口通过曝气管道9设置有曝气机10。本发明将磷回收系统与污水处理系统耦合，在污水处理过程中，即可实现磷资源的结晶回收，提高了污水处理及磷资源回收的效率。

进一步的，相邻两级的诱导结晶柱1通过移液管道11相连通，末级诱导结晶柱的排液口与所述水力旋流分离器3的进料口42通过晶体输送管道2相连通，所述移液管道11的一端与所述诱导结晶柱1的排液口连接，另一端与相邻下一级诱导结晶柱的污水进口连接。

进一步的，所述厌氧池15的出水口与所述第一沉淀池16的进水口通过第一污水管道24连通，所述第一沉淀池16的出水口与首级诱导结晶柱污水进口通过第二污水管道25相连通，与所述硝化池17通过第三污水管道26相连通，水力旋流分离器3的溢流管41与所述硝化池17的进水口通过第四污水管道27相连通，所述硝化池17的出水口与所述第二沉淀池18的进水口通过第五污水管道28相连通，所述第二沉淀池18的出水口与所述缺氧池19通过第六污水管道29相连通，所述缺氧池19的出水口与所述后置曝气池20的进水口通过第七污水管道30相连通，所述后置曝气池20的出水口与所述第三沉淀池21的进水口相连通。

作为本发明一种污水处理及回收系统的一个实施例，所述第一沉淀池16的排泥口与所述缺氧池19的进泥口通过第一污泥管道32相连通；所述第二沉淀池18上设置有第一排泥管33，所述第一排泥管33上设置有与外界相连通的第一排泥口34，所述第一排泥管33还与所述硝化池17的进泥口通过第二污泥管道35相连通；所述第三沉淀池21上设置有第二排泥管36，所述排泥管上设置有与外界连通的第二排泥口37，所述第三沉淀池21的第二排泥管36还与所述厌氧池15通过第三污泥管道38相连通。

作为本发明一种污水处理及回收系统的一个实施例，所述移液管道11、药剂管道5、碱液管道7、第一污泥管道32、第二污泥管道35、第三污泥管道38和晶体输送管道2上均设置动力泵12。

作为本发明一种污水处理及回收系统的一个实施例，所述水力旋流分离器3包括上部为圆柱状、下部为倒锥形的壳体40，设置于所述壳体40顶部的溢流管41，设置于所述壳体40侧壁上部的进料口42，设置于壳体40底部的底流管43；所述底流管43延伸至所述微晶回收池4内，所述进料口42与所述圆柱状壳体40的切线设置，所述溢流管41延伸至所述壳体40内。

作为本发明一种污水处理及回收系统的一个实施例，所述进料口42为方形口；所述倒锥形的锥角≤15°。

作为本发明一种污水处理及回收系统的一个实施例，所述厌氧池15和缺氧池19内均设置有搅拌桨39。

实施例4：

一种利用实施例3所述污水处理系统的污水处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：污水进入厌氧池15后，在厌氧池15搅拌桨39的作用下与第三沉淀池21回流的反硝化聚磷污泥充分混合，反硝化聚磷污泥吸收水中的有机物，将碳源以聚-β-羟基丁酸酯(Poly-β-Hydroxybutyrate,PHB)的形式存储，同时发生厌氧释磷，

步骤2、厌氧池15内的泥水混合物排入第一沉淀池16进行泥水分离，分离出的上清液部分进入硝化池17，另一部分进入诱导结晶装置，在诱导结晶柱1内，污水中的磷在化学药剂及晶种的作用下诱导结晶，形成磷微晶【化学药剂采用氯化钙，Ca

步骤3、在硝化池17内硝化菌的作用下，将污水中的氨氮转化为硝酸盐，为后继缺氧池19内的反硝化聚磷反应提供电子受体；

步骤4、硝化池17内的污水进入第二沉淀池18进行泥水分离，上清液进入缺氧池19，而部分污泥回流至硝化池17内，剩余的污泥则排出到外界；

步骤5、在缺氧池19内，搅拌桨39将富含PHB的反硝化聚磷菌的活性污泥与上清液搅拌混合，反硝化聚磷菌以硝酸盐为电子受体，利用存储的碳源发生同步反硝化聚磷反应，完成吸磷和反硝化后，缺氧池19的污水进入后置曝气池20；

步骤6：进入后置曝气池的污水进一步吸磷后，进入第三沉淀池21进行泥水分离，上清液排出，部分污泥回流至厌氧池15进行释磷，剩余污泥排出。

本发明由于厌氧池15发生的是厌氧释磷，因此第一沉淀池16的上清液富含大量的磷，当磷浓度较高时，更有利于发生诱导结晶反应，多个诱导结晶柱1串联，且每个诱导结晶柱1均含有曝气系统，通过曝气能够吹脱二氧化碳提高污水pH，同样有利于推动结晶的发生，同时还能够使整个诱导结晶柱1内料液呈流态化运行，有助于晶种与液体充分接触。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。