一種回收尿液中氮、磷的方法
2023-07-16 22:53:06 2
專利名稱：一種回收尿液中氮、磷的方法
技術領域：
本發明屬於生活汙水源分離技術領域，涉及尿液處理及營養元素回收的一種化學方法，特指一種回收尿液中氮、磷的方法。
背景技術：
廢水中的氮、磷是引起湖泊和封閉近岸海域富營養化現象的重要元素，但也是重要的工業和農業資源；因此，從不同的廢水中去除和回收氮、磷，既可以達到保護環境的目的，又能做到能源回收利用，其相關的回收技術引起人們越來越多的重視；城市汙水中的氮、磷濃度通常較低，直接從中回收比較困難而且也不經濟；人類尿液中氮和磷分別佔城市汙水中氮、磷負荷的80%和50%左右，且人類尿液中的氮、磷濃度遠高於一般城市汙水，因此，在尿液排入下水道之前首先進行分離收集然後處理回用的技術(「源分離」技術)，一方面可以有效提高目前汙水處理廠的出水水質，並節省能耗和投資；另一方面還可以實現營養物質的循環利用。對於分離尿液的處理方法目前的研究有硝化/反硝化技術，納濾去除微汙染物質技術，直接作為肥料應用，冰凍減量濃縮技術，酸化保存技術，吹脫技術以及鳥糞石結晶和氨吸附技術等；這些方法技術中，由於磷酸銨鎂結晶技術(MAP，又稱為鳥糞石)可以直接將廢水中的氮、磷同時轉化為可用的無機肥料而成為一種較有前景的處理方法，目前該工藝在各種高氨氮或含磷廢水中得到廣泛應用和研究，如糅革工業廢水，厭氧消化上清液， 汙泥上清液，垃圾滲濾液，還有養豬廢水等，所有這些研究結果都表明該工藝能夠有效去除和回收廢水中的氨氮和磷；儘管Ban等已將該工藝應用於從分離尿液中回收氮、磷，並取得了預想的效果，但一方面他們都採用了新鮮尿液作為研究對象，而尿液中尿素在條件適合時短時間會分解導致尿液PH、氮、磷等濃度明顯變化，另一方面，為避免反應過程中pH的調節，他們採用投加不便的固體MgO作為沉澱劑，因此影響了 MAP工藝的效率及應用。最近以 MAP沉澱法回收源分離尿液中氮、磷的研究，僅見哈爾濱工業大學趙慶良等發表了 「MAP結晶法回收和去除尿液中的磷」 一文(環境科學，2007. 10)，採用分解後穩定的分離尿液作為對象，分別就Mg :P摩爾比、反應pH值、反應時間、沉澱時間以及攪拌速度等因素對MAP沉澱結晶工藝的影響進行了試驗，同時對所形成的產物進行了分析，以確定其主要成分和晶體類型；該研究以分解後的尿液為研究對象，以回收和去除磷為目標，採用MgCl2 ·6Η20溶液作為MAP結晶劑，對MAP結晶同步回收尿液中的磷和部分氮的影響因素Mg/P043_-P摩爾比、反應PH、反應時間、沉澱時間和攪拌速度等進行小試試驗。結果表明，Mg/P043_-P摩爾比是重要的運行參數，當其摩爾比超過1. 3:1時，磷的回收率超過95%，上清液剩餘Ρ043_-Ρ濃度小於10mg/L，而提高反應pH不能明顯增加磷的回收率。
發明內容
新鮮的尿液是弱酸性的，pH約為6-7，主要成分有尿素、鈣、鎂、鉀、鈉、氨、磷酸鹽、 碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、有機物質、細菌等；高濃度尿液的可生物降解性使細菌迅速的生長，結果使尿液在收集和貯存的過程中，化學成分發生重大的變化；由於尿液水解生成氨和二氧化碳，使PH迅速上升到9，水解穩定後的尿液中NH4 + -N濃度可達8000mg/L，P043—-P濃度可達200mg/L，N/P摩爾比大於50。因此，採用MAP沉澱法以回收磷為目標必然使得尿液中仍剩餘大量氮，達不到汙染控制及資源回收的整體要求。本發明針對上述問題，結合尿液N/P比相差較大的實際情況，通過添加磷酸鹽和鎂鹽，併合理控制反應條件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉澱物的形式回收。首先，新鮮的尿液收集後應加蓋貯存，根據季節及環境溫度不同，約10天左右pH 可上升到9，貯存過程以pH監測為準，達到9以上即可進行回收氮、磷的操作；取樣檢測 NH4 + -N 和 P043—-P 濃度，按摩爾比 η (Mg) :n (P) :η (N) =1.3:1:1 投加 Na2HPO4 和 MgCl2,控制攪拌速度為lOOr/min，反應時間為lOmin，沉澱1小時後即可分離上清液得到MAP沉澱物。本發明根據尿液水解後所含NH4 + -N和P043—-P濃度，按一定摩爾比投加磷酸鹽和鎂鹽，通過合理控制反應條件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉澱物的形式回收，和現有技術相比，不僅回收了磷，同時利用了尿液中富含的氮，使得氮、磷均大幅度降低，氮、磷回收
率高達95%左右。進一步研究發現，將新鮮的尿液稀釋到2 3倍，並將PH值控制在9. 5^9. 8，可以進一步提高氮的回收效率，可達98%。
具體實施例方式實例
經微量稀釋(稀釋2倍)的IOL新鮮尿液貯存10天後，測定NH4+ -N含量為4350mg/ L、P0/—-P 含量 112mg/L, pH 為 9. 6，按摩爾比 η (Mg) :η(Ρ) :η(Ν) = 1· 3 :1 :1 投加 Na2HPO4 · 12H20和MgCl2 · 6H20各1099g和816g，控制攪拌速度為100r/min,反應時間為 lOmin，反應溫度為15°C的條件下沉澱1小時後分離上清液得到MAP沉澱物，經測定上清液中剩餘NH4+ -N約125mg/L、P043—-P約7mg/L，氮、磷回收率分別為98%和94%。
權利要求
1.一種回收尿液中氮、磷的方法，其特徵在於將新鮮的尿液收集後加蓋貯存，待尿液 PH值達到9以上即可進行回收氮、磷的操作；取樣檢測NH4+ -N和P043—-P濃度，按摩爾比 η (Mg) :η(Ρ) :η(Ν) = 1. 3 1 :1 投加 Na2HPO4 和 MgCl2，控制攪拌速度為 100r/min，反應時間為lOmin，沉澱1小時後即可分離上清液得到MAP沉澱物。
2.如權利要求1所述的一種回收尿液中氮、磷的方法，其特徵在於將新鮮的尿液稀釋到2 3倍，並將PH值控制在9. 5 9. 8。
全文摘要
本發明屬於生活汙水源分離技術領域，涉及尿液處理及營養元素回收的一種化學方法，特指一種回收尿液中氮、磷的方法。首先，新鮮的尿液收集後應自然加蓋貯存，根據季節及環境溫度不同，約10天左右pH可上升到9，貯存過程以pH監測為準，達到9以上即可進行回收氮、磷的操作；取樣檢測NH4＋-N和PO43―-P濃度，按摩爾比n(Mg)∶n(P)∶n(N)＝1.3∶1∶1投加Na2HPO4和MgCl2，控制攪拌速度為100r/min，反應時間為10min，沉澱1小時後即可分離上清液得到MAP沉澱物。本發明根據尿液水解後所含NH4＋-N和PO43―-P濃度，按一定摩爾比投加磷酸鹽和鎂鹽，通過合理控制反應條件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉澱物的形式回收，使得氮、磷均大幅度降低，氮、磷回收率高達95％左右。
文檔編號C01B25/45GK102167434SQ201110037688
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月15日 優先權日2011年2月15日
發明者張鳳娥, 塗保華, 董良飛, 蔣健釵 申請人:常州大學