除磷剂及污水除磷方法与流程

1.本发明涉及污水除磷技术领域，具体涉及除磷剂以及应用该除磷剂的污水除磷方法。


背景技术：

2.我国的农村生活污水特征：水量小、排放分散、水质复杂，各个农村地域性差异较大，采用的技术必须符合实际运维需要，但现有的技术无法完整解决农村生活污水处理的难题，造成了大部分农村地区污水处理设施不能长期有效运行。
3.如通过树脂吸附除磷，总磷去除可以达到95％以上，可以将水中的无机磷含量降到 0.02ppm；再生阶段后的树脂仍能保持原来的除磷效果，缺点在于：a、树脂材料吸附前需要对进水进行过滤处理，进水要求无杂质，杂质和树脂混合后，对除磷效果影响很大，污染后的树脂又难以清理，运行条件严苛；b、树脂吸附过程流速控制在100ml/h，对于日处理量 100t的终端，进出水流量保持在4m3/h，要适用于终端内需要大量树脂材料，树脂材料昂贵，大量投入成本过高；c、需新建吸附单元和再生单元的场地，树脂材料运行中仍需要投入大量人力物力进行转运，因此，只考虑用于应急处理，不适合用于终端内的推广使用。
4.如膜滤除磷，达到理想的效果需要保证除磷池两至三倍的膜面积，膜的造价昂贵，造成成本过高。
5.如化学药剂絮凝除磷，在各城镇污水处理厂应用，除磷效率平均在60％以上，但出水总磷浓度难以保持在1mg/l以下，且存在缺点如下：a、加药量增加时会影响出水的颜色；b、如果对于ph比较敏感并且投加量过大，则会导致磷的二次污染；c、药剂投加量与磷浓度密切相关，农村生活污水水质变化大，药剂投加量难以达到理想状态；d、产生的剩余污泥量巨大，一周一次的药剂配比，药剂补充，污泥外运等都增加了日常运维工作量。因此，化学药剂絮凝法除磷更适用于城镇污水处理厂设施健全的处理模式，不适用于分散式的农村污水处理模式，还缺少更加完善的运行机制。


技术实现要素：

6.为解决上述至少一个技术缺陷，本发明提供了如下技术方案：
7.本技术文件公开除磷剂，铁屑、碳酸钙颗粒以质量比1.5:1-3:1混合形成除磷剂。
8.本方案中将常见的铁屑与碳酸钙颗粒以限定的质量比复配混合形成除磷剂，在试验及分散式农村污水处理实践中发现其稳定性好，且出水总磷保持在1mg左右，此外铁屑可自厂区等大范围获得，实现废物的二次利用，碳酸钙颗粒的价格低，除磷的总成本大幅降低。
9.除磷剂的原理如下：第一、铁屑的吸氧腐蚀及析氢腐蚀，反应中所形成的fe
2
及fe(oh)2等会被氧化，形成fe
3
或fe(oh)3而覆盖于铁屑表面。对于三价铁离子，它的存在形式不仅仅只fe(oh)3一种。因为它所形成的三价水合离子fe(h2o)
63
等有有强烈的水解倾向，从而引发一系列水解反应，生成单核络合物fe(oh)
2
、fe(h2o)
2
、fe(oh)30及fe(oh)
4-等；这些
单核络合物通过碰撞进一步合，进而形成一系列不同形态的多核络合物fen(oh)
m(3n-m)
(n＞1，m＝3n)。这些含铁的多核络合物往往具有较多的正电荷和较大的表面积，能够迅速有效降低或消除水体中胶体的ξ电位，通过电中和、吸附架桥以及絮体的卷扫作用使胶体凝聚，再通过沉淀分离将磷去除。
10.第二、碳酸钙的加入，一方面使得铁内微电解产生的oh
－
促进了ca
2
和po
43－
生成 ca5(po4)3oh，从而将磷从水中去除。此外，本司在实践中发现，碳酸钙在水中的微量溶解也起到一定的ph稳定作用，使铁屑内电解反应缓慢发生，减少了铁的剧烈溶出，本方案限定比例下的混合方式促进除磷稳定性大幅提升，出水总磷浓度在长期维持在1mg左右，符合省标 (低于3mg/l)，且出水色度好，后续运行损耗极低，运维简单。
11.进一步，所述铁屑为铁刨花式，所述碳酸钙颗粒的直径：1-10mm，铁刨花式有助增加空隙，进一步限定颗粒直径，减少堵塞现象。
12.进一步，所述铁屑、碳酸钙颗粒以质量比2:1混合形成除磷剂，优选质量配比，除磷效果好。
13.本技术文件公开污水除磷方法，包括铁屑、碳酸钙颗粒以质量比1.5:1-3:1混合形成的除磷剂，将所述除磷剂与污水混合，或污水自所述除磷剂填充的区域经过。
14.对于除磷剂的使用，可直接将除磷剂与污水混合搅拌，但需增加额外设备，除磷成本提升。优选以静置的方式进行除磷，将污水流经除磷剂填充区域即可，该方式易于执行及运营维护。
15.进一步，所述污水的总磷浓度≤20mg/l，该总磷浓度下的污水经本除磷剂进行除磷，出水总磷长期稳定维持在1mg/l以下，稳定性好。
16.进一步，在污水流经的流道内间隔设置板体一、板体二，其中板体一的顶端高于板体二的顶端且板体一的底端与下方流道壁之间存在空隙，板体二的底端抵接下方流道壁，板体一、板体二区隔形成的区域内设置除磷剂，本方案中优选错落布置板体一、板体二的方式，使污水自板体一底端空隙上涌自板体二漫流，折返式流动方式以充分与板体一、板体二区隔形成区域的除磷剂接触，无需进行曝气等操作，稳定性再度提升。
17.进一步，所述流道呈连续s型状延伸，充分接触，除磷稳定。
18.进一步，所述板体一、板体二竖直固定在流道内。
19.优选，所述板体一、板体二区隔形成的区域内设置过滤板，所述过滤板上方设置除磷剂，且所述过滤板与其下方流道壁之间围成的空间与板体一底端的所述空隙连通。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果：
21.1、本发明将常见的铁屑与碳酸钙颗粒以限定比例结合，除磷稳定性大幅提升，出水总磷保持在1mg/l左右，除磷成本低，易维护。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是除磷池俯视结构示意图；
24.图2是a-a截面下，除磷池板体一、板体二安装结构示意图；
25.图3是畈周2#试点2021年10-12月总磷指标趋势图；
26.图4是铁屑图；
27.图5是过滤板的安装结构示意图；
28.其中，附图标记为：
29.1、池体；2、流道；3、板体一；4、板体二；5、过滤板；6、除磷剂；7、出水池；8、清洗池； 9、沉淀池；10、出水管；11、进水管；12、管道；13、空隙。
30.图3中：a、进水总磷；b、总磷浓度1mg/l；c、出水总磷。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
32.以下实施例实施时采用的铁屑来自于车间内成产过程中的废弃物，铁刨花式，选用标准为无生锈或生锈程度较轻，以常规来说，生锈的铁屑除磷效果好，但在实践中发现铁屑锈化严重易导致不容易清掏，且影响出水色度。选用铁屑的颗粒范围在1-3mm，粗铁屑，如图4 所示，优点在于不易流失且不易堵塞。
33.碳酸钙颗粒，直接自市面上采购，颗粒直径范围1-10mm，实心颗粒，与粗铁屑搭配不易造成堵塞，当然也可选用空心颗粒等，以下实施例选用5mm直径的碳酸钙颗粒。
34.实施时，除磷剂可直接投放在常规生活污水处理系统的沉淀池内，但碍于生化区内管线复杂，空间狭小，对此选用在出水区位置设置如图1、图2所示的除磷池，除磷池的池体1 腔内成型连续s型延伸的流道2，流道内间隔安装板体一3、板体二4，板体一、板体二竖直安装，且板体一3的顶端高于板体二4的顶端，板体一1的底端与下方流道壁之间存在空隙 13以供污水流通，板体一的两侧对应抵接两侧的流道壁，板体二的底端直接无缝抵接其下方流道壁，板体一、板体二区隔形成的区域内填充除磷剂6，优选除磷剂的高度不高于板体二的顶端，错落式布置板体一、板体二，使污水自板体一底端空隙上涌与该区域内除磷剂充分接触，之后自板体二顶端漫过，透过除磷剂后自板体一底端空隙流出，折返式流动方式以充分与板体一、板体二区隔形成区域的除磷剂接触，污水在横向及纵向均呈s型流动，无需进行曝气等操作，稳定性再度提升。对于流道首端位置的进水，如在流道首端位置底壁或侧壁上安装进水管11，如图1、图2所示。
35.本实施例中，板体一、板体二采用直接浇筑的方式的成型。
36.还可在除磷池尾端位置安置清洗池8，如以罐、地面直接成型水泥槽等方式构成清洗池。清洗池与流道连通，如图1所示，以管道12连通，安装阀门控制通断，可将流道内的水放入清洗池，以方便对铁屑进行清洗，管道12的安装位置可根据需求选择，如直接将未经除磷处理的污水放入，或将除磷处理的污水放入。清洗池内还可用于水生植物的培养。此外还可在除磷池体内、流道末端的位置处成型沉淀池9、出水池7，出水池侧壁或底壁等位置安装出水管10以外排污水，以及可将出水池通过管道12与清洁池连通以向池内注水，可以直接成型水泥槽或直接以板体一、板体二区隔等方式构成沉淀池、出水池等，沉淀池内方便安置随污水流出的污泥或损耗的除磷剂等，出水池7蓄积污水方便外排。
37.为方便液体的流通，可选择在部分或全部的板体一、板体二区隔形成的区域内固定过滤板，如图5所示，过滤板上方安置除磷剂，且过滤板与其下方流道壁之间围成的空间
与板体一底端的空隙连通，进水管11连通过滤板与下方流道壁之间围成空间。过滤板可选择与下方流道底壁之间距离为10-15公分。该结构下，待处理污水进入过滤板与下方流道壁围成的空间内，经过滤板上涌与除磷剂接触，自板体二顶端漫过后，再次接触除磷剂，经过滤板下流至板体一底端空隙处，过滤板支撑结构避免除磷剂等下落，有利于污水流通.管道12可选择与过滤板与下方流道壁之间围成空间相连通，在过滤板的过滤下，管道12、进水管11不易堵塞,同时也易于清洗后的水排出并避免铁屑流出。对于管道12的长度，可根据需要延伸进入部分或全部板体一、板体二区隔形成的区域内，管道12上对应每个区域开进水孔。管道 12优选抵接流道底壁安装，方便排水。
38.以下实施例通过图5所示除磷装置进行污水除磷。
39.实施例1
40.本试点位于浙江省余姚市泗门镇北部的谢家路村，处理a/o工艺脱氮处理后的尾水，以铁屑与碳酸钙颗粒以2.5:1的质量比混合形成除磷剂，除磷剂填充在板体一、板体二区隔形成的流道各区域内，所需铁屑2.5t，碳酸钙1t，处理水量43t/d，除磷装置池体体积8.5m3左右，7.8m*1.2m*0.9m，除磷剂层约60公分高，板体一、板体二之间距离约1.5米。
41.将待处理污水以1.5-1.8m3/h的流速输送至流道内首端底部，自板体一底端空隙流入流经除磷剂后自板体二顶端漫过，取最后自流道尾端流出的污水进行含磷的检测，连续运行245 天，期间对除磷剂无翻搅，流道最后污水的含磷度及调节池内尾水含磷度的部分数据详见表 1。
42.表1
[0043][0044][0045]
从上表可以看出，本除磷剂长效且除磷稳定，最后出水总磷始终在3mg以下。
[0046]
实施例2
[0047]
本试点位于浙江省余姚市阳明街道畈周村，试点自2021年10月份运行至今，处理a/o 工艺脱氮处理后的尾水，以铁屑与碳酸钙颗粒以1.8:1的质量比混合形成除磷剂，除磷剂填充在板体一、板体二区隔形成的流道各区域内，所需铁屑7263斤，费用10386元，碳酸钙 4000斤，费用4600元，除磷装置池体体积22m3，宽4m*长5m*高1.1m，除磷剂层约60公分高，板体一、板体二之间距离约1.5米。
[0048]
将待处理污水以4.6-5m3/h的流速输送至流道内首端底部，自板体一底端空隙流入流经除磷剂后自板体二顶端漫过，取最后自流道尾端流出的污水进行含磷的检测，流道最后的污水含磷度及调节池内尾水含磷度的部分数据详见表2、图3。
[0049]
表2
[0050][0051][0052]
对比例
[0053]
依据谢家路村试点条件，在一侧等比例缩小除磷池、除磷剂、尾水进水量等至实施例1 的1/10，尾水进水流速不变，设置3组对比例：
[0054]
第一组对比例中板体一、板体二区隔成的区域内投入实施例1除磷剂等比例降低后等重的铁屑；
[0055]
第二组对比例中板体一、板体二区隔成的区域内投入实施例1除磷剂等比例降低后等重的碳酸钙；
[0056]
第三组对比例中板体一、板体二区隔成的区域内投入实施例1除磷剂等比例降低后等重除磷混合物，除磷混合物以铁屑与碳酸钙1:1混合组成。
[0057]
对上述对比例进行连续运行，发现第一组对比例连续运行10天后，检测发现其前期出水总磷符合省标准，但10天后，发现铁屑所在组存在水质变化大，以及多数时间出水含磷浓度远超省标准的现象，以及污水停留时间长等缺点，稳定性差。
[0058]
碳酸钙所在组对除磷的效果很微弱，从相同的停留时间来看几乎看不出有除磷效果。碳酸钙与铁屑1:1混合组中铁屑投加量不够，大量碳酸钙占了更多的有效空间，过多的碳酸钙对除磷无效，导致除磷效果差，出水含磷浓度远高于省标。
[0059]
从上述实施例及对比例可以看出，限定比例下铁屑与碳酸钙颗粒混合形成的除磷剂在生活污水处理中取得了极其优异的表现，长效且稳定性好。
[0060]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。