[发明专利]一种结合有尿液分离、海水添加、硝化及下水道内反硝化的污水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理方法。特别是一种包括从尿液中回收营养物（即磷）以及从污水中去除营养物（即氮）的污水处理方法。

背景技术

营养物磷和氮在敏感水域被大量排放时会引起水体富营养化和藻类爆发式增长。另一方面，磷也是生物有机体的必需元素。目前，磷几乎全部来自磷矿石的开采（USGS,2010;van Vuuren et al.,2010,见参考文献）。预计到本世纪末，35-100%的现有磷矿储量会被消耗殆尽(Dery and Anderson,2007,van Vuuren et al.,2010)。而磷酸盐在食品生产中扮演者至关重要的角色，故而磷的回收成为了当务之急。

传统的生物脱氮除磷工艺在生物污水处理工作中采用生物去氮除磷工艺，如5阶段Bardenpho工艺（5-stage Bardenpho Process）（见附图1）。在该工艺中，利用自养硝化作用继之以异养反硝化作用来脱氮。由于硝化菌缓慢生长细菌，因此销化步骤需要大量的氧气和大的反应器。随后进行反硝化作用从而将有机碳转化为二氧化碳并将硝态氮转化为氮气。除磷则是通过在污水处理厂的前端增设厌氧区进行大量摄取而进行的。然后通过受控的从厌氧污泥消化上清液中沉淀出鸟粪石（磷酸氨镁或MAP）或者通过污泥焚化来收获磷。总体上，由于细菌生长缓慢，生物营养物去除工艺需要大量土地区域。

尿液大致占生活污水总体积的1%(Maurer et al.,2006)，却包含了占生活污水体积总氮负荷80%的氮以及总磷负荷50-80%的磷(Fittschen and Hahn,1998)。由于该磷流体包含了占开采的磷负荷的5%左右（Cordell et al.,2009;van Vuuren e al.,2010），故而尿液分离成为磷回收的绝佳选择。

欧洲部分国家如瑞典和丹麦从1990年代已研究和实施尿液分离(et al.,1997;et al.,1997)，截至1999年瑞典已安装了超过3000个尿液分离系统（and Johansson,1999）。尿液分离的主要途径有两个，一是通过非混合式（Nomix）马桶前方特别设计的间隔间来收集尿液，二是通过男厕所中的小便器。目前已有多个厂家生产并出售非混合式马桶。多项研究表明非混合式马桶在北欧已经被使用者广泛接受(Berndtsson,2006;Lienert et al.,2007)。尽管在此系统的早期发展中出现了结垢和堵塞的问题，但这些问题已经不再是主要的问题了(2001)。

尿液中的磷和氮可以通过将尿液直接施用至农用耕地而加以利用。但是，将尿液直接排放到农用耕地上会引起人类卫生问题。而且源于人类摄取的药物的内分泌干扰素很可能污染尿液，故而直接利用尿液对于种植食用作物而言实际上是不受欢迎的。

在尿液中添加镁盐有助于使磷酸氨镁（MAP）沉淀从而回收磷（Maurer et al.,2006）。其是一种不含微污染物和主要重金属的固体肥料（Ronteltap et al.,2007）。故而这是一种安全的磷回收方法。但是该方法需要添加的镁盐是很昂贵的。因此需要发展出一些更便宜的替代品，特别是对于发展中国家而言，更存在这种需求。由于海水含有1.29g/L的镁，故而成为一种价廉且易得的镁源。

文献已经报道了利用海水进行污水处理，例如利用海水来回收污泥消化上清液中的磷(Kumarshiro et al.,2001;Lee et al.,2003)，以及利用盐卤来回收尿液中的磷(Etter,2009)。但是这些工艺包含了复杂的化学和生化过程、微生物和/或原料，并且成本相对昂贵。

Makino等人的专利US4228003公布了一种通过添加海水使磷酸盐絮凝和沉淀从而除去污水中的磷酸盐的工艺。此工艺需要调节pH值以及特定的含磷酸盐废水与海水的比例。但是，该工艺需要直接从生活污水中去除磷而不需要进行尿液分离。

此外，Jansen等人的专利US2008/0308505公布了一种去除水体中的磷和氨的系统和工艺，Bowers等人的专利US7005072公布了一种去除废水氧化塘出水中的磷的方法，Abma等人的专利US7722768公布了一种同步去除污水中生物需氧量（BOD）和磷的工艺，Hunniford等人的专利US4,911,843公布了一种从下水道或者其它污水系统中去除溶解的硫化氢及减少污水BOD的工艺，Bailey Jr.等人的专利US7404897公布了一种使用生物强化技术来脱氮和处理消化废水的方法。但是，至今还未报道或公开将尿液与海水或者海水冲厕系统结合。

发明内容