一種剩餘汙泥的磷回收裝置的製作方法

2023-04-26 10:57:26

專利名稱：一種剩餘汙泥的磷回收裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於環境工程汙泥、汙水處理領域，具體涉及一種剩餘汙泥的磷回收裝置。
背景技術：
磷是重要的難以再生的非金屬礦資源，在我國日益發展的工業當中具有重要的經濟價值。目前，世界上超過90%的磷肥來自磷酸鹽礦。根據全球不同的權威機構測算，全世界的磷資源只能使用6(T130 a。近年來國際磷礦石價格更是一路飆升，較10 a前翻了6倍。據資料統計，我國現有27億t折標磷礦儲量，僅夠維持我國再使用70年左右，其中還包含90%以上的非富磷礦。如果僅以富磷礦磷儲量計算，則僅能維持我國使用1(Γ15年，磷礦已被列為我國2010年後不能滿足國民經濟發展需要的20種礦產之一。另一方面，當前氮、磷等營養元素隨汙水排放所引起的水體富營養化現象日益加重。而在汙水處理的過程中，由於磷元素具有單向流動的特點，不能直接被分解消耗，大部分的磷只能以必要元素的形式儲存在生物體中，最終以剩餘汙泥的形式進行排放，使得生活中相當大一部分磷資源無法進行回用。經研究發現，汙泥經過處理後上清液的磷含量可達到100mg/L以上。因此，通過有效的方法，使磷從城 市汙泥中釋放出來並以一定形式加以回收，這不僅為城市汙水處理廠汙泥處理處置和資源化開闢了一個新的方向，而且對保證汙水廠的正常運行，減輕水體富營養化程度，改善城市水環境質量，減輕汙泥處置的二次汙染，促進磷資源的可持續利用具
有重要意義。採用鳥糞石沉澱法被認為是一種最有可能實現商業化的廢水磷回收技術。鳥糞石脫氮除磷，可以同時回收汙泥上清液中的氮、磷元素，當汙泥上清液中Mg2+，NH4+及PO/—達到一定濃度時，且其離子濃度積大於溶度積常數Ksp時，通過調節pH會生成大量的鳥糞石沉澱，進而實現氮、磷元素的回收。反應式為:Mg2++NH4++P043_+6H20 — MgNH4PO4.6Η20 K目前已有專利大多專注於對富磷廢水的回收處理，缺少對汙泥中磷元素回收利用的研究。但是，對剩餘汙泥中磷元素回收利用首先遇到的問題是得讓磷元素先釋放出來，現有技術中多採用超聲波、臭氧氧化法使剩餘汙泥中的磷元素釋放，超聲波、臭氧氧化法雖然釋磷效果好，但耗能大成為其一大缺點。所以，研究一種操作簡單、運行穩定、費用極其低廉的剩餘汙泥的磷回收裝置和方法是一種急需的需求。
發明內容本實用新型的目的是針對現有技術剩餘汙泥磷回收的不足，提供一種剩餘汙泥的磷回收裝置。所述裝置先採用厭氧反應的方法對剩餘汙泥中磷進行釋放，然後再以磷酸銨鎂結晶(鳥糞石)回收剩餘汙泥中的磷元素。所述裝置操作簡單，釋磷效果明顯，運行穩定、費用極其低廉。本實用新型通過以下技術方案實現上述目的:[0009]—種剩餘汙泥的磷回收裝置,包括氮磷回收裝置,還包括通過汙泥上清液傳送管與氮磷回收裝置相連的厭氧反應裝置；所述厭氧反應裝置包括汙泥厭氧反應器，汙泥厭氧反應器設有汙泥靜置反應器。現有的氮磷回收裝置，只是針對廢水中磷，而本發明通過增加汙泥厭氧反應器先使汙泥中的磷元素釋放出來，然後再利用氮磷裝置回收釋放出來的磷。優選地，所述汙泥靜置反應器設有混凝劑投加管、汙泥出管和攪拌裝置，汙泥出管上設有第二流量計和設於第二流量計和汙泥靜置反應器之間的第二汙泥泵。優選地，為了監測汙泥厭氧反應器內汙泥反應的進程，所述汙泥厭氧反應器還設有設有汙泥進管、汙泥排空管、PH計、ORP計和進泥控制系統；汙泥進管上設有第一汙泥泵盒設於第一汙泥泵和汙泥厭氧反應器之間的第一流量計。優選地，為了實現整個裝置的實時定量監測，所述進泥控制系統根據汙泥厭氧反應器內設的PH計、ORP計的監控數值控制汙泥厭氧反應的時間，進泥控制系統還根據第一流量計記錄的進泥量的數據控制第一汙泥泵的開關。優選地，所述的氮磷回收裝置為鳥糞石氮磷回收裝置。進一步地，所述鳥糞石氮磷回收裝置包括相互連接的套管式反應器和出水槽，套管式反應器包括相互套接的內管和外管。具體地，所述內管的頂部設有汙泥上清傳送管和廢氣出管、內管的上部設有鎂鹽溶液進管、鹼液進管，內管的中部設有和空氣進管；所述外管包括上部、變徑連接管、下部和底部，上部粗、下部細，上部和下部之間通過變徑連接管連接，底部為鳥糞石沉積區域；外管的下部設有補充鹼液進管，外管的底部設有沉澱物排出管，外管的上部設有出水堰，汙泥上清液經出水堰溢流至出水槽內。
優選地，為了去除大部分懸浮顆粒，保證鳥糞石生成的純度，所述內管設有鎂鹽溶液進管，在內管的鎂鹽溶液進管和汙泥上清液傳送管之間還設有濾網，所述濾網為圓形濾網。優選地，所述外管的外管的上部設有出水堰，處理後的汙泥上清液經出水堰溢流至出水槽內。優選地，為了使汙泥能進行良好的厭氧反應，充分的把磷釋放出來，所述汙泥厭氧反應器為罐式厭氧反應器。一種剩餘汙泥的磷回收工藝，包括如下步驟:S1.剩餘汙泥通過第一汙泥泵提升到汙泥厭氧反應器中進行厭氧反應，第一流量計記錄進泥量，通過進泥控制系統控制第一汙泥泵的開關時間，汙泥厭氧反應器中的PH計和ORP計的測量值反饋到進泥控制系統，控制系統控制汙泥厭氧反應的時間；S2.剩餘汙泥經過厭氧反應後，從汙泥厭氧反應器以溢流的方式進入到汙泥靜置反應器中，同時經過混凝劑投加管加入適量的混凝劑，攪拌器將混凝劑和厭氧後汙泥攪拌均勻，使汙泥產生絮凝沉澱，提高汙泥固液分離的效果；攪拌後，關閉攪拌器，汙泥靜置，固液分離得到汙泥上清液；汙泥上清液通過汙泥上清液傳送管進入鳥糞石氮磷回收裝置，沉澱汙泥通過第二汙泥泵經汙泥出管排放到汙水處理系統，汙泥出管上的第二流量計監測汙泥排放量；S3.汙泥上清液進入到鳥糞石氮磷回收裝置後，通過空氣管在內管中部通入空氣，廢氣由廢氣出管排出，汙泥上清液經過圓形濾網過濾後，絕大部分懸浮顆粒被去除，澄清汙泥上清液進入到內管中部，同時通過鎂鹽溶液進管投加適量的氯化鎂溶液，通過鹼液進管投加氫氧化鈉溶液，調節內管中部溶液的pH,汙泥上清液、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液在空氣的攪拌作用下充分反應，在內管底部進一步反應後過渡進入截面積逐漸變大的外管，進行鳥糞石晶體的沉澱，在外管的底部再通過補充鹼液進管補充適量的鹼液，調節汙泥上清液的PH值，反應後的汙泥上清液經過出水堰溢流至出水槽排出，鳥糞石沉澱物定期從外管底部沉澱物排出管排出，其過濾後上清液與處理過的汙泥上清液一起流入汙水處理系統。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:(I)本發明所述罐式厭氧反應器設置進泥控制系統，可通過控制不同的進泥量進而控制汙泥停留時間，同時增加了 pH和ORP報警系統，可以有效的保證剩餘汙泥的厭氧效
果O(2)厭氧反應後的剩餘汙泥以液位控制的溢流方式進入汙泥靜置反應器，以最簡單的方式確保汙泥停留時間的準確性。此外，汙泥靜置反應器中增加了混凝劑投加管，可避免固液分離不徹底的情況，有效的從汙泥中提取高濃度氮、磷上清液進行鳥糞石回收反應。(3)設置圓形濾網可對汙泥上清液進行過濾，去除大部分懸浮顆粒，保證鳥糞石生成的純度。(4)套式反應器內管下段設置空氣進管，可脫除溶液中二氧化碳從而提高溶液pH、減少鹼液投加量，同時為鳥糞石生成反應提供混合能。(5)套式反應器中由內管至外管橫截面積突然增大，對鳥糞石的生長形成促進作用。(6)兩套pH控制系統一前一後，有效的保證了鳥糞石生成反應的鹼性環境。
(7)本發明可實現從汙水處理廠剩餘汙泥中提取回收大部分氮、磷元素。本發明將汙泥厭氧反應器與磷回收反應器結合在一起，形成一個一體化的磷回收裝置，具有結構簡單緊湊、投資省、操作簡單、磷回收率高等特點。

圖1.本實用新型裝置汙泥厭氧反應部分的結構示意圖。圖2.本實用新型裝置磷元素回收部分的結構示意圖。圖3.本實用新型裝置結構示意圖。圖4.本實用新型工藝的流程示意圖。附圖標記表:I汙泥進管，2第一汙泥泵，3第一流量計，4汙泥厭氧反應器，5pH計，60RP計，7進泥控制系統，8汙泥靜置反應器，9混凝劑投加管，10汙泥上清液傳送管，11第二汙泥泵，12第二流量計，13汙泥出管，14攪拌裝置，15汙泥排空管，16外管，17內管，18汙泥上清液進口，19廢氣出管，20濾網，21鎂鹽溶液進管，22鹼液進管，23空氣進管，24閥門1,25 pH控制系統，26 pH計，27出水堰，28出水槽，29閥門，30補充鹼液進管，31沉澱物排出管。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作出進一步地詳細闡述，但實施例並不對本發明做任何形式的限定。實施例1[0038]裝置的構建:所述裝置包括厭氧反應裝置和鳥糞石氮磷回收裝置，厭氧反應裝置通過汙泥上清傳送管10與鳥糞石氮磷回收裝置相連；所述厭氧反應裝置包括設有汙泥進管I和汙泥排空管15的汙泥厭氧反應器4，汙泥厭氧反應器4設有進泥控制系統7、汙泥靜置反應器8、攪拌裝置14、pH計5和ORP計6 ；汙泥進管I上設有第一汙泥泵2和設於第一汙泥泵2和汙泥厭氧反應器4之間的第一流量計3，所述進泥控制系統7包括pH報警系統和ORP報警系統。為了使汙泥能進行良好的厭氧反應，充分的把磷釋放出來，所述汙泥厭氧反應器4為罐式厭氧反應器。汙泥靜置反應器8設有攪拌裝置14、混凝劑投加管9和汙泥出管13，汙泥出管13上設有第二流量計12和設於第二流量計12和汙泥靜置反應器8之間的第二汙泥泵11。所述磷回收裝置包括相互連接的套管式反應器和出水槽28，套管式反應器包括相互套置的內管17和外管16。所述內管17包括頂部、上部、中部和下部，內管17的頂部設有汙泥上清液傳送管10和廢氣出管19、內管17的上部設有鎂鹽溶液進管21、鹼液進管22，在內管17的鎂鹽溶液進管21和汙泥上清傳送管10之間還設有圓形濾網20，內管17的下部設有空氣進管23和 pH if 26。所述外管16包括上部、變徑連接管、下部和底部，上部粗、下部細，上部和下部之間通過變徑連接管連接，底部為鳥糞石沉積區域；外管13的下部設有補充鹼液進管30，夕卜管16的底部設有沉澱物排出管31，外管16的上部設有出水堰27和pH計26，汙泥上清液經出水堰27溢流至出水槽內28。為了實現整個裝置的實時定量監測，所述鹼液進管22和補充鹼液進管30上都設有pH控制系統25，所述鹼液進管22的pH控制系統22通過閥門24與內管17下端設有的pH計26相連，所述補充鹼液進管30的pH控制系統25通過閥門29與外管16上部設有的pH計26相連，pH計26探測套管 式反應器內溶液的pH值反應給pH控制系統25，pH控制系統25控制閥門24和29的開關。實施例2使用實施例1構建的裝置，進行剩餘汙泥的磷回收，具體方法如下:剩餘汙泥從回流泵房通過第一汙泥泵2經過汙泥進管I提升到汙泥厭氧反應器4中進行厭氧反應，第一流量計3記錄進泥量，通過進泥控制系統7控制汙水汙泥泵2的開停時間，以及確定汙泥厭氧停留時間。PH計5和ORP計6設置在汙泥厭氧反應器4的中下部，測量值反饋到進泥控制系統7中的pH和ORP報警系統，確保汙泥厭氧效果。同時，汙泥厭氧反應器4中設有攪拌器14，確保剩餘汙泥在汙泥厭氧反應器4中混合均勻，提高汙泥厭氧反應效果。剩餘汙泥經過厭氧反應後，從汙泥厭氧反應器4以溢流的方式進入到汙泥靜置反應器8中，同時經過混凝劑投加管9加入適量的混凝劑，攪拌器將混凝劑和厭氧後汙泥攪拌均勻，使汙泥產生絮凝沉澱，提高汙泥固液分離的效果。攪拌IOmin後，關閉攪拌器，汙泥靜置lh，固液分離得到澄清的汙泥上清液。汙泥上清液通過汙泥上清液傳送管10排入磷回收部分進行下一步反應。沉澱汙泥通過第二汙泥泵11經汙泥出管13排放到汙水處理生化池，同時第二量計12監測汙泥排放量。汙泥上清液通過汙泥上清液傳送管10進入到磷回收部分。通過空氣管23在內部中部通入空氣，廢氣由廢氣出管19排出。汙泥上清液由汙泥上清液傳送管10進入到內管17頂部，經過圓形濾網20過濾後，絕大部分懸浮顆粒得到去除。澄清汙泥上清液進入到內管17中部，同時通過鎂鹽溶液進管21投加適量的氯化鎂溶液，通過鹼液進管22投加氫氧化鈉溶液，調節內管17中部溶液的pH為9.3。汙泥上清液、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液在空氣的攪拌作用下充分反應，在內管17底部進一步反應後過渡進入截面積逐漸變大的外管16，進行鳥糞石晶體的沉澱。在外管16的底部再通過補充鹼液進管30補充適量的鹼，使汙泥上清液從外管16上部的出水堰27排出前的pH達到9.5。反應後的汙泥上清液經過出水堰27溢流至出水槽28排出，鳥糞石沉澱物定期從外管16底部沉澱物排出管31排出，其過濾後上清液與處理過的汙泥上清液一起流入汙水處理系統。以處理某汙水處理廠回流泵房的剩餘汙泥為例，剩餘汙泥背景值為:汙泥濃度7500mg/L，汙泥上清液正磷酸磷濃度為5mg/L，上清液氨氮濃度為1.7mg/L。採用本發明的回收裝置和工藝方法進行處理，剩餘汙泥處理量為1.5噸/天，剩餘汙泥經過汙泥厭氧反應器後上清液正磷酸磷濃度釋放到102.15mg/L，氨氮濃度釋放到39.13mg/L，汙泥上清液經過磷回收部分回收處理後，磷回收率可達85%以上。通過本實施實例回收得到的鳥糞石可作為肥料或工 業原料使用。
權利要求1.一種剩餘汙泥的磷回收裝置，包括氮磷回收裝置，其特徵在於，還包括與氮磷回收裝置相連的汙泥厭氧反應器，汙泥厭氧反應器設有汙泥靜置反應器。
2.根據權利要求1所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述汙泥靜置反應器設有混凝劑投加管、汙泥出管和攪拌裝置，汙泥出管上設有第二流量計和設於第二流量計和汙泥靜置反應器之間的第二汙泥泵。
3.根據權利要求1所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述汙泥厭氧反應器還設有汙泥進管、汙泥排空管、PH計、ORP計和進泥控制系統；汙泥進管上設有第一汙泥泵盒設於第一汙泥泵和汙泥厭氧反應器之間的第一流量計。
4.根據權利要求1所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述氮磷回收裝置包括相互連接的套管式反應器和出水槽，套管式反應器包括相互套接的內管和外管。
5.根據權利要求1所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述氮磷回收裝置為鳥糞石氮磷回收裝置。
6.根據權利要求4所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述內管設有鎂鹽溶液進管，在鎂鹽溶液進管和汙泥上清液傳送管之間還設有濾網。
7.根據權利要求4所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述外管的上部設有出水堰。
8.根據權利要求1所述剩餘汙泥的磷回收裝置，其特徵在於，所述汙泥厭氧反應器為罐式厭氧反應器 。
專利摘要本實用新型屬於環境工程汙泥、汙水處理領域，具體涉及一種剩餘汙泥的磷回收裝置。所述裝置包括氮磷回收裝置，還包括與氮磷回收裝置相連的汙泥厭氧反應器，汙泥厭氧反應器設有汙泥靜置反應器。所述汙泥厭氧反應器採用厭氧反應的方法對剩餘汙泥中磷進行釋放，所述鳥糞石氮磷回收裝置是以磷酸銨鎂結晶(鳥糞石)回收剩餘汙泥中的磷元素。所述裝置操作簡單，釋磷效果明顯，運行穩定、費用極其低廉。
文檔編號C02F11/14GK203112675SQ20132015238
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月30日 優先權日2013年3月30日
發明者孫連鵬, 歐偉松, 譚錦欣 申請人:中山大學