一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法及裝置製造方法
2023-05-16 19:34:41 1
一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法及裝置製造方法
【專利摘要】一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法，將尿液置於密閉的攪拌裝置中，加入汙水處理廠經脫水後的剩餘汙泥，攪拌均勻並反應，反應後的尿液進入豎向分離裝置，尿液從分離裝置的頂部流出，沉澱在底部的汙泥經回流泵送入密閉攪拌裝置，調節尿液的pH，隨後送入進入氮磷回收裝置，投加鎂鹽和磷源，反應後的尿液流入沉澱裝置，沉澱所得晶體即為磷酸銨鎂，上清液直接排入市政汙水管網，進入汙水處理廠進行處理，本發明還提供了一種尿液中氮磷營養物質快速回收的裝置，本發明向新鮮尿液中投加微生物，利用微生物代謝產生的尿酶間接催化尿素的分解，提高了尿液中氮磷元素回收效果，同時大幅降低了尿液中氮磷元素的回收成本。
【專利說明】一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種尿液分離處理技術，特別涉及一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]尿液中含有大量的氮磷等營養物質，剛排出人體的尿液中氮元素主要以尿素的形式存在，其含量為8000~10000mg/L ;磷元素主要以聚磷酸鹽的形式存在，含量為700~2000mg/L。尿液是生活汙水中氮磷等營養物質的主要來源。資料表明，廁所廢水中大約88-98%的氮和65-71%的磷、生活汙水中大約80%的氮和50%的磷來自於尿液。由於氮磷等營養物質是肥料的重要組份，將尿液中的營養物質加以回收利用，一方面可解決汙水處理廠進水氮磷負荷高的問題，提高出水水質；另一方面，回收的產物可用作農業生產肥料，實現資源的循環利用。因此，對尿液進行單獨收集處理、回收其中的氮、磷等營養元素對提高城市汙水處理廠出水水質、減少氮磷向自然水體的排放以及降低水體富營養化發生的風險都具有重要意義，以此同時，會後的氮磷營養元素亦可創造一定的經濟效益。
[0003]尿液中營養元素回收技術主要有三種:(I)單獨回收磷，比如採用磷酸銨鎂化學沉澱法對尿液中磷的回收；(2)單獨回收氮，比如採用離子交換法回收了汙水中的氨氮、採用異丁叉二脲(IBDU)單獨回收尿液中尿素；(3)氮磷的同步回收，比如在尿素完全分解為氨氮的基礎上採用磷酸銨鎂沉澱法和其他方法結合同步回收氮磷，生成穩定的肥料磷酸銨鎂(鳥糞石)，該方法可回收大約90%的氮和98%的磷。
[0004]以上三種方法中磷酸銨鎂沉澱法同步回收氮磷是尿液中營養元素回收的最佳選擇，但該方法的應用必須建立在尿液中尿素大量分解轉化的基礎之上。自然條件下，新鮮尿液中的聚磷酸鹽可以很快的(I天內)分解成P043-;新鮮尿液密閉放置時，尿素轉化為氨氮非常困難，即使放置時間長達20天，轉化率一般小於25%。因此，如何加快尿液中尿素轉化為氨氮的速率成為磷酸銨鎂沉澱法同步回收氮磷的關鍵因素。傅金祥等人申請的專利(CN201010168444.8)方法是加入NaOH調節尿液的pH，隨後加藥、攪拌沉澱；董良飛等人申請的專利(CN201110037688.7)方法是將尿液收集後密閉靜置較長時間，這些方法均可在一定程度上促進尿液中的尿素轉化為氨氮，但在速率及效果上還有很大的缺陷，實際應用過程中效果不佳。有效促進尿素水解的方法是投加尿酶，研究資料表明，在尿酶含量為50mg/l的條件下,尿液中85%尿素可在8小時內轉化為氨氮,但由於尿酶非常昂貴，限制了該方法的大規模應用。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法及裝置，並在此基礎上投加適量的鎂源、磷源，應用磷酸銨鎂沉澱法同步回收氮磷；由於自然界大多數微生物均能產生尿酶，因此，採用向新鮮尿液中投加微生物，利用微生物代謝產生的尿酶可以間接催化尿素的分解，提高了尿素分解效率，擴大了磷酸銨鎂沉澱法應用，增強了尿液中氮磷元素回收效果，同時大幅降低了尿液中氮磷元素的回收成本；該方法操作簡便，運行安全。
[0006]為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0007]—種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法，包括如下步驟:
[0008]步驟I，收集純尿液，測定尿液中的總氮含量，並換算成摩爾量；
[0009]步驟2，將尿液置於密閉的攪拌裝置中，在初次運行時以300g/L的投加量，向尿液中加入汙水處理廠經脫水後的剩餘汙泥，攪拌裝置正常運行後，每隔5~7天向反應器中補充汙泥一次，無需持續投加；
[0010]步驟3，以120r/min轉速，攪拌尿液使之與投加的剩餘汙泥均勻混合併反應，持續時間24h ；
[0011]步驟4,使反應後的尿液進入豎向分離裝置,裝置的停留時間為2h,尿液從分離裝置的頂部流出，沉澱在底部的汙泥經回流泵送入密閉攪拌裝置；
[0012]步驟5，向分離的尿液中加入NaOH，將尿液的pH調節至10.5，隨後送入氮磷回收裝置，該裝置設有攪拌器，轉速200r/min，停留時間5min ；
[0013]步驟6，根據步驟I所測定尿液中的總氮含量，以MgCl2作為投加鎂鹽，NaH2PO4作為投加磷源，[Mg]:[N]:[P]的投加量按照摩爾比1.4:1:1計算，將以上兩種藥劑加入氮磷回收裝置；
[0014]步驟7，經磷酸銨鎂沉澱反應後的尿液流入沉澱裝置，沉澱時間為2h，沉澱所得晶體即為磷酸銨鎂，上清液直接排入市政汙水管網，進入汙水處理廠進行處理。
`[0015]所述汙水處理廠經脫水後的剩餘汙泥的含水率小於80%。
[0016]本發明還提供了一種尿液中氮磷營養物質快速回收的裝置，包括一個反應腔室，將反應腔室內依次隔離為尿素水解反應區2、汙泥分離區5、pH調節區7和氮磷回收區8，其中尿素水解反應區2接尿液入口和活性汙泥投加裝置4的入口，尿素水解反應區2中布置有攪拌裝置3，尿素水解反應區2的上部與汙泥分離區5的下部通過導流管6連通，汙泥分離區5的底部出口通過帶有汙泥回流泵16的回流管接至尿液入口，汙泥分離區5的上部與pH調節區7的上部連通，pH調節區7底部與氮磷回收區8的頂部連通，氮磷回收區8和pH調節區7共用一個攪拌裝置10，氮磷回收區8的底部與磷酸銨鎂沉澱裝置9連通，氮磷回收區8接MgCl2投加裝置14和NaH2PO4投加裝置15的。
[0017]所述pH調節區7設置有pH在線監測裝置11，pH在線監測裝置11的數據輸出端接自動控制系統13的數據輸入端，自動控制系統13的控制端接NaOH藥劑投加裝置12的出口電子閥。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0019]1、利用汙水處理廠產生的剩餘汙泥作為尿素轉化為氨氮的「催化劑」，以廢治廢且原料充足、成本低廉。
[0020]2、由於剩餘汙泥中的微生物活性具有持續性，通過分離裝置底部汙泥的適當回流，投加一次汙泥，即可實現穩定、高效的催化效果，大幅度降低操作人員的勞動強度。
[0021]3、本發明的工藝流程緊湊，無雜質的進入，最終回收產物的純度高，經濟價值顯著。
[0022]4、本方法處理後的尿液可直接排入市政汙水管網，不會對汙水處理廠生物處理工藝造成衝擊，無二次汙染問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0025]如圖1所示，本發明一種尿液中氮磷營養物質快速回收的裝置，包括一個反應腔室，腔室內依次隔離為尿素水解反應區2、汙泥分離區5、pH調節區7和氮磷回收區8，尿素水解反應區2和汙泥分離區5為水平並行結構，pH調節區7和氮磷回收區8為上下結構。PH調節區7設置有pH在線監測裝置11，pH在線監測裝置11的數據輸出端接自動控制系統13的數據輸入端，自動控制系統13的控制端接NaOH藥劑投加裝置12的出口電子閥。尿素水解反應區2接尿液入口和活性汙泥投加裝置4的入口，尿素水解反應區2中布置有攪拌裝置3，尿素水解反應區2的上部與汙泥分離區5的下部通過導流管6連通，汙泥分離區5的底部出口通過帶有汙泥回流泵16的回流管接至尿液入口，汙泥分離區5的上部與pH調節區7的上部連通，pH調節區7底部與氮磷回收區8的頂部連通，氮磷回收區8和pH調節區7共用一個攪拌裝置10，氮磷回收區8的底部與磷酸銨鎂沉澱裝置9連通，氮磷回收區8接MgCl2投加裝置14和NaH2PO4投加裝置15的。
[0026]本發明快速回收尿液中氮磷營養物質快速回收的方法，包括如下步驟:
[0027]步驟I，收集純尿液，測定尿液中的總氮含量，並換算成摩爾量，尿液入口處設置有流量計I，進行流量統計；
[0028] 步驟2，將尿液置於尿素水解反應區2中，啟動攪拌裝置3，在初次運行時以300g/L的投加量，向尿液中加入汙水處理廠經脫水後的剩餘汙泥，汙泥的含水率小於80%，攪拌裝置正常運行後，每隔5~7天向反應器中補充一定量(50g/l)的汙泥即可，無需持續投加；
[0029]步驟3，以120r/min轉速，攪拌尿液使之與投加的剩餘汙泥均勻混合併反應，持續時間24h ；
[0030]步驟4，使反應後的尿液進入豎向分離裝置即汙泥分離區5，裝置的停留時間為2h，尿液從分離裝置的頂部流出，沉澱在底部的汙泥經汙泥回流泵16送入密閉攪拌裝置即尿素水解反應區2 ；
[0031]步驟5，向分離的尿液中加入NaOH，將尿液的pH調節至10.5，可利用pH在線監測裝置11實時監測pH值，通過自動控制系統13控制NaOH藥劑投加裝置12的投加量。
[0032]隨後送入進入氮磷回收裝置即氮磷回收區8，控制攪拌裝置10的轉速200r/min，停留時間5min ；
[0033]步驟6，根據步驟I所測定尿液中的總氮含量，以MgCl2作為投加鎂鹽，NaH2PO4作為投加磷源，[Mg]:[N]:[P]的投加量按照摩爾比1.4:1:1計算，將以上兩種藥劑加入氮磷回收裝置；
[0034]步驟7，經磷酸銨鎂沉澱反應後的尿液流入沉澱裝置即磷酸銨鎂沉澱裝置9，沉澱時間為2h，沉澱所得晶體即為磷酸銨鎂，純度約為70% ;上清液可直接排入市政汙水管網，進入汙水處理廠進行處理。
【權利要求】
1.一種尿液中氮磷營養物質快速回收的方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟I，收集純尿液，測定尿液中的總氮含量，並換算成摩爾量； 步驟2，將尿液置於密閉的攪拌裝置中，在初次運行時以300g/L的投加量，向尿液中加入汙水處理廠經脫水後的剩餘汙泥，攪拌裝置正常運行後，每隔5~7天向反應器中補充汙泥一次，無需持續投加； 步驟3，以120r/min轉速，攪拌尿液使之與投加的剩餘汙泥均勻混合併反應，持續時間24h ； 步驟4，使反應後的尿液進入豎向分離裝置，裝置的停留時間為2h，尿液從分離裝置的頂部流出，沉澱在底部的汙泥經回流泵送入密閉攪拌裝置； 步驟5，向分離的尿液中加入NaOH，將尿液的pH調節至10.5，隨後送入氮磷回收裝置，該裝置設有攪拌器，轉速200r/min，停留時間5min ； 步驟6，根據步驟I所測定尿液中的總氮含量，以MgCl2作為投加鎂鹽，NaH2PO4作為投加磷源，[Mg]: [N]: [P]的投加量按照摩爾比1.4:1:1計算，將以上兩種藥劑加入氮磷回收裝置； 步驟7，經磷酸銨鎂沉澱反應後的尿液流入沉澱裝置，沉澱時間為2h，沉澱所得晶體即為磷酸銨鎂，上清液直接排入市政汙水管網，進入汙水處理廠進行處理。
2.根據權利要求1所述的尿液中氮磷營養物質快速回收的方法，其特徵在於，所述汙水處理廠經脫水後的剩餘汙泥的含水率小於80%。
3.根據權利要求1所述的 尿液中氮磷營養物質快速回收的方法，其特徵在於，定期補充汙泥的量為50g/L。
4.一種尿液中氮磷營養物質快速回收的裝置，包括一個反應腔室，其特徵在於，將反應腔室內依次隔離為尿素水解反應區(2)、汙泥分離區(5)、pH調節區(7)和氮磷回收區(8)，其中尿素水解反應區(2)接尿液入口和活性汙泥投加裝置(4)的入口，尿素水解反應區(2)中布置有攪拌裝置(3)，尿素水解反應區(2)的上部與汙泥分離區(5)的下部通過導流管(6)連通，汙泥分離區(5)的底部出口通過帶有汙泥回流泵(16)的回流管接至尿液入口，汙泥分離區(5)的上部與pH調節區(7)的上部連通，pH調節區(7)底部與氮磷回收區(8)的頂部連通，氮磷回收區(8)和pH調節區(7)共用一個攪拌裝置(10)，氮磷回收區(8)的底部與磷酸銨鎂沉澱裝置(9)連通，氮磷回收區(8)接MgCl2投加裝置(14)和NaH2PO4投加裝置(15)的。
5.根據權利要求4所述尿液中氮磷營養物質快速回收的裝置，其特徵在於，所述pH調節區(7 )設置有pH在線監測裝置(11)，pH在線監測裝置(11)的數據輸出端接自動控制系統(13)的數據輸入端，自動控制系統(13)的控制端接NaOH藥劑投加裝置(12)的出口電子閥。
【文檔編號】C02F9/14GK103482824SQ201310430232
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】金鵬康, 任武昂, 梁成崗, 王先寶, 金鑫 申請人:西安建築科技大學