[发明专利]改进的磷回收工艺和装置

说明书

本发明涉及从生物质材料回收磷酸盐的方法和装置，合适的生物质材料为从包括生物除磷工艺的上游废水处理工艺获得的废活性污泥。本方法包括厌氧消化阶段和用于回收富含PO₄和Mg、或富含PO₄和NH₄的独立流的步骤，从而提高P的回收量并避免在厌氧消化池及其附加设备(例如管道)中形成鸟粪石。

技术领域

本发明涉及从废水中回收磷(P)，同时降低污泥体积并增强污泥沼气产量的工艺和装置。特别地，本发明涉及从包括常规生物除磷工艺的废水处理装置中产生的污泥中额外移除并回收磷。更特别地，本发明涉及从常规生物除磷中产生的污泥中额外除去P，并以鸟粪石(MgNH₄PO₄·6H₂O)、磷酸钙(CaPO₄)、堇青石(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)、磷酸镁(MgPO₄)或类似材料的压实形式回收P。

背景技术

在多个欧洲市场中，正在搭建从废水处理厂中回收磷(P)的法律框架。磷被认为是一种有限的资源并且开采于政治不稳定的市场中。欧洲定义了一些具有战略意义的关键化学元素，P是其中之一。

通常，在废水处理过程中，P会浓缩到废水污泥中并因此P的回收聚焦于污泥处理线上。可使用通过Fe或Al沉淀的化学方法，或所谓Bio-P工艺的生物方法(即增强生物除磷(EBPR))从废水处理中移除磷。在考量污泥生产线中的P回收时，通常假定废水处理线使用Bio-P工艺。

常规Bio-P基于以下观察结果：一些细菌在暴露于特定条件下时，它们的细胞内会聚集大量的多磷(Poly-P)。为了选择Bio-P工艺，需要满足如下：

-在挥发性脂肪酸(VFA)存在下将细菌暴露于厌氧条件(无O₂或NO₃/NO₂)。这导致存储P(邻位P的形式)的释放和VFA吸收，并转化为PHA(聚羟基链烷酸)。在厌氧条件期间，还释放了Mg。

-将细菌暴露于有氧条件，其中PHA被消耗并吸收PO₄-P(和Mg)，将PO₄-P作为多磷存储于细胞内，

-在EBPR装置中，污泥一般通过这些厌氧和有氧循环在环境温度下循环，令EBPR细菌生长，环境温度取决于气候和季节，可为5℃-40℃，但通常为10℃-20℃，

-通过恰当的设计和管理，最终结果为从废水和污泥中吸收了聚集在细胞团中的P。获得的生物质材料的典型P含量为干重约5％，非EBPR污泥则是1.5％。

典型的EBPR工艺如图1所示。

与来自EBPR工艺的污泥有关的一个特别的问题在于鸟粪石的形成。鸟粪石是化学式为MgNH₄PO₄·6H₂O的晶体。只要其成分(PO₄^3-、NH₄⁺和Mg²⁺)以足够大的浓度存在，在足够高的pH(8)下即可形成鸟粪石。当上述三种成分从污泥中释放时，通常在厌氧消化池中会不期望地或不受控的形成鸟粪石；对于EBPR污泥尤其如此，这会导致大量的问题，例如消化池中充满鸟粪石、完全堵塞管道和设备、过渡磨损和撕裂等等。

污泥的厌氧消化是稳定污水污泥例如EBPR污泥和用于可再生能源生产的常规技术。在厌氧消化阶段期间，污泥中的一些P被释出，并且相当量的P在消化期间与还释放出的Mg或Ca离子一同沉淀。因此，从厌氧消化流中回收P的效率通常很低，于是，由于鸟粪石(MgNH₄PO₄)不仅在消化池内部形成，还在周围管道和设备内部形成，故EBPR污泥消化通常会遇到结垢问题。