採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置的製作方法

2023-05-01 08:59:01 2

專利名稱：採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，屬於廢水處理及 其資源化技術領域。
背景技術：
磷是包括人類在內的一切生命體的必需元素，它在細胞生命活動中起著關鍵的作 用。磷在自然界主要以磷酸鹽巖石以及鳥糞石和動物化石的天然磷酸鹽礦石存在。磷在人 工開採或天然侵蝕後，最終都隨水流歸宿到深海的沉積層。沉入深海的磷，只有很少一部分 可以通過淺海魚類或海鳥返回陸地，以至於磷在生物圈中絕大部分是單向流動，從而成為 一種不可更新的寶貴資源。但是，磷礦石的儲量十分有限，據估計全世界磷礦儲量只能維持 100年左右，我國磷礦基礎儲量約41億噸(礦石)，其中儲量約21億噸，如果僅以富磷礦 (P2O5)儲量來規劃，我國磷礦僅能維持到2015年。磷將很快成為人類和陸地生命活動的限 制因素，是一種關係國家政治和經濟社會發展的戰略性物資。另一方面，磷在人類生產、生活使用之後大部分進入汙水或廢水，最後排入水體， 目前已造成嚴重的水體富應營養化問題。為控制磷的過量排放，目前的汙水或廢水處理都 要求必須進行除磷。因此，從磷資源的可持續利用和水體富營養化控制的雙重目的出發，從廢水/汙 水中回收磷是唯一的選擇。目前，從廢水/汙水中回收磷已得到廣泛的重視和研究，而回收裝置是實現磷回 收的技術關鍵，也是研究和開發的重點。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。中國發 明專利申請號200910128791. 5，題名「磷回收方法及磷回收裝置」，公開了一種採用吸附材 料對廢水中的磷進行吸附，然後使用藥液使吸附在吸附材料上的磷解吸到液體中而將磷加 以回收的方法和裝置，該方法不涉及採用MAP(磷酸氨鎂)沉澱方法回收廢水中的磷。中國發明專利申請號200910157928. X，題名「磷回收結晶反應器及磷回收方法」， 公開了一種採用內外套管結構、並用空氣對廢水進行曝氣吹脫的磷回收結晶反應器，主要 適用於畜禽廢水，沉澱物為汙泥，其含磷量只有15-20%，未採用填料。中國發明專利申請號200910051804. 3，題名「一種低能耗一體化氮磷回收裝置」， 以及中國實用新型專利號200720041299. 0，題名「新型MAP三相流化氮磷回收反應器」，均 採用流化床反應器。不同之處在於流化顆粒，前者直接採用鳥糞石晶體而後者則採用塗布 上鳥糞石晶體的填料作為流化顆粒。流化床回收方法的缺點是為了使顆粒達到流化狀態需 要消耗更多的動力能耗，同時反應後為了使顆粒與空氣和廢水分離，需要較大的三相分離 空間，整個裝置的體積較大。採用空氣對廢水進行脫氣的技術已被較多採用。但國外開發的磷回收技術都是採 用先單獨進行脫氣然後再進行反應和沉澱的工藝流程，且脫氣柱都沒有裝填填料，荷蘭DHV 公司的專利技術「Crystalator 」是這類技術的一個典型代表。而在流化床反應器中，填料經常被用作鳥糞石晶體生長的載體(有些流化床反應器直接採用作鳥糞石晶體作為載體)。 雖然流化床反應器因採用空氣進行流化，也具有一定的脫氣功能，但由於空氣和廢水的接 觸時間短，一般不能達到完全脫氣。至今未見有在脫氣柱中裝填填料以及將脫氣柱與反應 區組合在一個裝置中的研究報導。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，以使 裝置結構簡單，操作簡便，提高磷的回收率。為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，由套管式反應器、填料層、廢水進管、 廢水出管、空氣進管、廢氣出管、鎂鹽溶液進管、鹼液進管、沉澱物排出管、液體分布器、PH計 及PH值控制系統組成，套管式反應器包括相互套置的內管和外管，廢水進管、廢氣出管和 鎂鹽溶液進管設置在內管的頂部，液體分布器、填料層和鹼液進管設置在內管的上部，空氣 進管和pH計設置在內管的中部，pH計與pH值控制系統和閥門一起控制鹼液的投加量，廢 水出管設置在外管的上部，沉澱物排出管設置在外管的底部。上述填料層分為上下兩層。上述鹼液進管位於上下兩填料層的中間。上述外管的下部還設置了補充鹼液進管，外管的上部還設置了 pH計，此pH計與另 一個pH值控制系統和閥門一起控制補充鹼液的投加量。上述外管由上至下分為上部、變徑連接管、下部和封頭，上部粗、下部細，上部和下 部之間通過變徑連接管連接。本實用新型操作方法是將含磷廢水打入本裝置，加入適量的鎂鹽並用鹼液調節適 當的PH值，使廢水中的磷和氨氮與所添加的鎂離子反應生成磷酸銨鎂(俗稱鳥糞石)沉澱 而得以回收。本實用新型將填料層(脫氣柱)、反應區和沉澱區組合成一個套管式的磷回收裝 置。填料層在內管的上段，在填料層底部通入空氣，既起攪拌促進反應的作用，又起脫除廢 水中的二氧化碳從而提高PH、減少鹼的用量的作用，填料可增加氣液接觸的面積從而促進 廢水中二氧化碳的脫除，又作為磷酸銨鎂初生結晶的載體；廢水從內管頂部進入，經填料層 脫氣並同時發生化學反應，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，處理後的廢水從外管上部排出，沉澱物從外管底部排出。本實用新型可以實現從汙水處理廠的厭氧末端上清液、汙泥濃縮池上清液、汙泥 消化池上清液和消化汙泥脫水濾液等氮磷含量較高的廢水中回收磷。本實用新型磷回收裝 置具有結構簡單緊湊，佔地面積小，投資省，操作簡便，磷的回收率高的特點。本實用新型對磷回收裝置做了以下三個方面新的設計一、將填料層脫氣柱、反應區和沉澱區組合成一個套管式的磷回收裝置，這樣既可 使整個裝置的結構緊湊，減少佔地面積，又可免去反應區與沉澱區之間的連接管，同時避免 了鳥糞石結晶在連接管中發生堵塞的問題；二、將填料層脫氣柱和反應區組合在一個內管之中，廢水在脫氣的同時就開始進 行鳥糞石的結晶反應，與傳統的將脫氣柱與反應區分開的方式相比，既可減少脫氣柱與反應區之間的連接管，使設備緊湊，又充分利用脫氣柱的空間進行反應，大大減少了整個設備 所需的體積空間；三、脫氣柱中裝填了填料層，填料層增加了氣液接觸的面積從而促進廢水中二氧 化碳的脫除，可達到提高廢水的PH值、節省鹼用量的目的，又作為磷酸銨鎂初生結晶的載 體，使鳥糞石晶體生長更加容易，解決了一般反應器中鳥糞石晶體生長速度過慢或為了加 快鳥糞石晶體生長需外加載體或晶種的問題，由於同時具有以上兩個方面的作用，填料的 加入大大提高了本實用新型磷回收裝置的操作效率。

圖1為本實用新型的結構示意圖。標號說明1外管2內管3廢水出管4空氣進管5填料層6廢水進管7廢氣出管8鎂鹽溶液進管9液體分布器10鹼液進管11閥門12 pH控制系統13pH計14閥門15補充鹼液進管16沉澱物排出管
具體實施方式
以下實施例是對本實用新型的進一步說明，而非限制本實用新型的範圍。如圖1所示，採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，由套管式反應器、填料層 5、廢水進管6、廢水出管3、空氣進管4、廢氣出管7、鎂鹽溶液進管8、鹼液進管10、沉澱物排 出管16、液體分布器9、pH計13及pH值控制系統12組成。套管式反應器包括相互套置的 內管2和外管1。廢水進管6、廢氣出管3和鎂鹽溶液進管8設置在內管2的頂部，液體分 布器9、填料層5和鹼液進管10設置在內管2的上部，空氣進管4和pH計13設置在內管2 的中部，通過PH值控制系統12控制閥門11的開度以控制鹼液的投加量，廢水出管3設置 在外管1的上部，沉澱物排出管16設置在外管1的底部。圖中填料層5分為上下兩層，鹼 液進管10位於上下兩填料層5的中間。圖中外管2的下部還設置了補充鹼液進管15，外管 1的上部還設置了 pH計13，通過另一個pH值控制系統12控制閥門14的開度以控制補充 鹼液的投加量。下面是一個具體實施實例外管1上部內徑1400mm、長度800mm，廢水出管3設置距外管1上端300mm處，外管 1下部內徑1000mm、長度700mm，上部和下部之間的變徑連接管高度400mm，外管1封頭高度 400mm，沉澱物排出管16設置在外管1的封頭底部。內管2內徑600mm，總長度3400mm，內 管2的底端與外管1封頭的上端處於一個水平面，下層填料層5支撐板距內管底端2000mm， 上填料層5高度800mm，下填料層5高度300mm，兩填料層5之間相距80mm，上下填料層5均 裝填直徑為IOmm的塑料鮑爾環。裝置內廢水有效容積約2. 2m3。工作時，通過空氣進管4在下填料層5底部通入空氣，廢水通過廢水進管6從內管 2頂部進入，同時通過鎂鹽溶液進管8打入適量的氯化鎂溶液，在下填料層5的上方通過鹼 液進管10投加氫氧化鈉溶液調節填料層5下方廢水的pH達一定值，廢水經填料層5脫氣 並同時發生化學反應，在內管2底部進一步反應後過渡進入截面積逐漸變大的外管1，進行鳥糞石晶體的沉澱，在外管1的下部再通過補充鹼液進管15補充適量的鹼，使廢水從外管 1上部的廢水出管3排出前的pH達一定值，鳥糞石晶體定期從外管1底部沉澱物排出管16 排出。以處理某汙水處理廠消化汙泥的脫水濾液為例，廢水中含磷87mg/L，採用本回收 裝置和工藝方法進行處理，處理量1. 2噸/小時，磷回收率可達90%以上。通過本實施實例回收得到的鳥糞石可作為緩釋肥使用。
權利要求採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，其特徵在於由套管式反應器、填料層、廢水進管、廢水出管、空氣進管、廢氣出管、鎂鹽溶液進管、鹼液進管、沉澱物排出管、液體分布器、pH計及pH值控制系統組成，套管式反應器包括相互套置的內管和外管，廢水進管、廢氣出管和鎂鹽溶液進管設置在內管的頂部，液體分布器、填料層和鹼液進管設置在內管的上部，空氣進管和pH計設置在內管的中部，pH計與pH值控制系統和閥門一起控制鹼液的投加量，廢水出管設置在外管的上部，沉澱物排出管設置在外管的底部。
2.如權利要求1所述採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，其特徵在於上述填 料層分為上下兩層。
3.如權利要求2所述採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，其特徵在於上述鹼 液進管位於上下兩填料層的中間。
4.如權利要求1所述採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，其特徵在於上述外 管的下部還設置了補充鹼液進管，外管的上部還設置了 PH計，此pH計與另一個pH值控制 系統和閥門一起控制補充鹼液的投加量。
5.如權利要求1所述採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，其特徵在於上述外 管由上至下分為上部、變徑連接管、下部和封頭，上部粗、下部細，上部和下部之間通過變徑 連接管連接。
專利摘要本實用新型公開一種採用鳥糞石沉澱法從廢水中回收磷的裝置，主要由套管式反應器、填料層、鎂鹽溶液進管、鹼液進管、沉澱物排出管、液體分布器、pH計及pH值控制系統組成，套管式反應器包括相互套置的內管和外管，廢水進管、廢氣出管和鎂鹽溶液進管設置在內管的頂部，液體分布器、填料層和鹼液進管設置在內管的上部，空氣進管和pH計設置在內管的中部，pH計與pH值控制系統和閥門一起控制鹼液的投加量，廢水出管設置在外管的上部，沉澱物排出管設置在外管的底部。此裝置結構簡單緊湊，操作簡便，磷的回收率高，可實現從汙水處理廠的厭氧末端上清液、汙泥濃縮池上清液、汙泥消化池上清液和消化汙泥脫水濾液等氮磷含量較高的廢水中回收磷。
文檔編號C01B25/45GK201722152SQ20102018731
公開日2011年1月26日 申請日期2010年5月7日 優先權日2010年5月7日
發明者周峰, 方海峰, 李超群, 林木蘭, 林金清, 汪惠陽, 遊俊仁, 金春英, 黃穎 申請人:華僑大學