汙水處理與資源回收的方法和系統的製作方法
2023-06-14 06:29:31
專利名稱：汙水處理與資源回收的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及汙水處理和資源回收領域，具體涉及到利用白雲石石灰或白雲石熟石灰除去汙水中的磷和氮化合物，並將其富集成可利用的磷氮產物的汙水處理和資源回收的方法和系統。
背景技術：
大量含高磷，氮化合物的生活汙水，農副業汙水，和工業汙水的排放已造成世界許多國家地表水的嚴重富營養化，其中包括北美、歐洲、亞洲50%以上的湖泊。生活汙水處理廠排放的處理水是磷氮汙染的一個主要來源。有些農副業汙水，例如豬場汙水，也含有高濃度的磷，氮化合物。地表水中這些營養物質含量過多會引起水生生物，特別是藻類的大量繁殖，使生物量的種群種類數量發生改變，破壞了水體的生態平衡。富營養化也會造成飲用水源汙染和對飲用水水處理的幹擾。另外，磷氮是農業生產必須的營養元素。世界現有的磷礦資源只可維持人類200多年的需求。人類的可持續發展需要有效的除去汙水中的磷氮，並將其轉化成可利用的肥料。目前，國內外生活汙水處理廠大都只採用除磷技術，只有少數幾家國外處理廠試用磷回收技術。生活汙水處理廠採用的除磷技術一般為生物法(enhanced biologicalpHospHorus removal) (Liu et al., 1996;Lesjean et al.，2003)和化學沉澱法(Maurerand Boiler, 1999; De-Bashan and Bashan, 2004)。生物除磷法利用對磷有富集功能的細菌在厭氧和好氧不斷交換的條件下將汙水中的磷除去。但生物除磷法增加了汙水處理廠的費用和操作複雜程度。化學沉澱法常用鐵鹽、鋁鹽和鈣化合物來沉澱和吸附汙水中的磷。但這些添加物生成的氫氧化物沉澱增加了汙泥的體積，使得汙泥的生物可降解性降低，從而增加了用於汙水處理和汙泥清除的費用。
在生物汙水和許多農副業汙水處理過程中，大部分磷氮被富集在活性汙泥裡。當從澄清池沉積出的部分活性汙泥進入厭氧消化池消化後，大量富集在生物汙泥裡的磷氮又被釋放到厭氧消化液裡。汙水處理廠的厭氧消化液含有高濃度磷酸根和銨，所以有利於磷氮的去除和回收。從厭氧消化液裡去除和回收磷技術大多數採用加鎂鹽的方法(Mombergand Oellermannj 1992;Shu et al.，2006;Pastor et al.，2008 ;Song et al.，2007;He etal.，2007;Chen et al.，2009;Zhang et al., 2009;Ye et al.，2010;Song et al., 2011)0這類方法大多數採用向厭氧消化液裡加鎂鹽(如氯化鎂)的方法促使磷酸銨鎂的沉澱或鳥糞石(MgNH4PO4.6 (H2O))的生成；也有採用加鈣化合物(如石灰)與水中的磷酸根生成羥基磷灰石(Caltl (PO4) 6 (OH) 2);還有採用脫厭氧消化液中的二氧化碳氣或加鹼的辦法來提高厭氧消化液的pH值,從而促使鳥糞石的生成。美國專利(U.S.Pat.N0.6893567B1)用生物硝化法將汙水中的銨轉化成硝酸根，然後向預處理後的汙水中加氯化鎂、氯化鈣及氫氧化鈉鉀促使汙水中的磷酸根生成沉澱。美國專利(U.S.Pat.N0.7，622，047)用流化床反應器將汙水中的磷生成顆粒狀的鳥糞石類沉澱。該技術將鎂離子加進汙水裡並用鹼液將汙水的PH值調到7.Γ8.5的範圍內，從而促使沉澱物的生成。該技術還用空氣剝離法(air stripping)脫除汙水裡的二氧化碳氣體以提高汙水的PH值。美國專利(U.S.Pat.N0.7，842，186)用厭氧反應器處理含有磷銨的汙水，然後用空氣剝離法脫除處理後的汙水裡的二氧化碳氣，從而將汙水的PH值從8.4提高到9.6以促使鳥糞石沉澱物的生成。綜上所屬，目前的汙水除磷技術採用鎂化合物，費用高。而採用石灰和其它鈣化合物除磷效率低。目前還沒有用一種處理物和一個處理過程同時去除汙水中磷銨的技術。
發明內容
有鑑於此，本發明實施例提供了一種汙水處理與資源回收的方法和系統，用以實現除去汙水中的磷和氮化合物，並將其富集成可利用的磷氮產物。第一方面提供了一種汙水處理與資源回收方法，所述方法包括如下步驟:步驟1.1、將足量的白雲石石灰或白雲石熟石灰加入待處理的汙水中；步驟1.2、將白雲石石灰或熟石灰與所述汙水充分混合反應5 240min ；步驟1.3、將反應產生的固體產物從被處理的汙水中分離出來；步驟1.4、用脫氨塔將被處理的汙水中的氨分子脫離到氣相中；步驟1.5、用裝有酸液的氨吸收塔將脫氨塔吹出的氣體中的氨氣進行吸收。在第一方面 的第一種可能的實現方式中，所述步驟1.1中的白雲石石灰是直徑小於IOmm的白雲石石灰顆粒或白雲石石灰粉末。結合第一方面或者第一方面的第一種可能的實現方式，在第一方面的第二種可能的實現方式中，當所述步驟1.1米用白z 石石灰時，每升汙水加入的白z 石石灰的劑量與每升汙水中磷酸根含量的比例高於0.75，並使得被處理的汙水的pH值大於8.5 ；當所述步驟1.1採用白雲石熟石灰時，每升汙水加入的白雲石熟石灰的劑量與每升汙水中磷酸根含量的比例高於1.0,並使得被處理的汙水的PH值大於85。結合第一方面、第一方面的第一種可能的實現方式或者第一方面的第二種可能的實現方式，在第一方面的第三種可能的實現方式中，所述步驟1.1中的白雲石熟石灰可以是白雲石熟石灰粉或白雲石熟石灰漿液；當所述步驟1.1採用的是白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液時，可先向所述白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液中加入酸液使其PH值為Γ10.5，再將加入了酸液的白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液加入待處理的汙水中。結合第一方面、第一方面的第一種可能的實現方式、第一方面的第二種可能的實現方式或者第一方面的第三種可能的實現方式，在第一方面的第四種可能的實現方式中，所述步驟1.1還包括:在加入白雲石石灰或白雲石熟石灰之後，將鹼性化合物作為輔助劑加入被處理的汙水中使得被處理的汙水的PH值高於8.5。結合第一方面、第一方面的第一種可能的實現方式、第一方面的第二種可能的實現方式、第一方面的第三種可能的實現方式或者第一方面的第四種可能的實現方式，在第一方面的第五種可能的實現方式中，所述步驟1.3可以在沉降器中或流化床反應器中完成，其中，當在沉降器中完成時，沉降時間為20 120min ；當在流化床反應器中完成時，被處理的汙水在流化床反應器上部沉降區的上升流線性流速低於0.6cm / min。
結合第一方面的第五種可能的實現方式中，在第一方面的第六種可能的實現方式中，用離心和過濾法對從所述沉降器或所述流化床反應器底部收集的沉澱物進行脫水並乾燥後，製成磷銨固體產品。結合第一方面、第一方面的第一種可能的實現方式、第一方面的第二種可能的實現方式、第一方面的第三種可能的實現方式、第一方面的第四種可能的實現方式、第一方面的第五種可能的實現方式或者第一方面的第六種可能的實現方式，在第一方面的第七種可能的實現方式中，從所述氨吸收塔吹出的氣體被直接引入脫氨塔用以脫氨。第二方面提供了一種汙水處理與資源回收系統，包括磷沉澱脫氨器、固液分離器、氨吸收塔、酸液箱、汙水管道，其中，所述汙水管道的一端用於加入汙水以及白雲石石灰或白雲石熟石灰，另一端與所述磷沉澱脫氨器的頂部相連，用於將加有白雲石石灰或白雲石熟石灰的汙水輸入到所述磷沉澱脫氨器中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉澱物以及完成銨離子到氨分子轉化過程和脫氨過程；所述磷沉澱脫氨器的底部開有進氣口和出液口，頂部開有出氣口，所述進氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用於將從氨吸收塔流出的不含氨的氣體吹入所述磷沉澱脫氨器中以將水中的氨剝離到氣相；所述出液口與所述固液分離器相連；所述出氣口與所述氨吸收塔的底部的進氣口相連，用於將從所述磷沉澱脫氨器的流出含有氨的氣體輸送到所述氨吸收塔中；所述氨吸收 塔的頂部還開有進液口，底部還開有出液口，用於與所述酸液箱完成酸液的循環流動，使得氨氣富集在酸液裡。在第二方面的第一種可能的實現方式中，所述磷沉澱脫氨器的頂部還開有進液孔，所述進液孔用於在需要的時候加入鹼液。結合第二方面或第二方面的第一種可能的實現方式，在第二方面的第二種可能的實現方式中，所述磷沉澱脫氨器內裝有填料，以促進白雲石石灰或熟石灰與汙水的混合反應，並增加氣液接觸面積和接觸時間。結合第二方面、第二方面的第一種可能的實現方式或第二方面的第二種可能的實現方式，在第二方面的第三種可能的實現方式中，所述氨吸收塔內裝有填料。第三方面提供了另一種汙水處理與資源回收系統，包括汙水管道、反應器、脫氨塔、氨吸收塔以及酸液箱，其中，所述汙水管道的一端用於加入汙水以及白雲石石灰或白雲石熟石灰，另一端與所述反應器相連，用於將加有白雲石石灰或白雲石熟石灰的汙水輸入到所反應器中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉澱物；所述反應器的上部和底部分別開有出液口，其中，位於上部的出液口與所述脫氨塔頂部的進液口相連，用於將汙水上清液輸入到所述脫氨塔中；位於底部的出液口用於流出沉澱物；所述脫氨塔的頂部還開有出氣口，底部開有進氣口和出液口，所述出氣口與所述氨吸收塔底部的進氣口相連，用於將含氨氣體輸入到氨吸收塔中；所述進氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用於將氨吸收塔輸出的除氨氣體吹入所述脫氨塔中；所述出液口用於排放處理後的水；
所述氨吸收塔的頂端還開有進液口，底部還開有出液口，用於與所述酸液箱完成酸液的循環流動，使得氨氣富集在酸液裡。在第三方面的第一種可能實現方式中，所述反應器的頂部還開有進液孔，所述進液孔用於在需要的時候加入鹼液。結合第三方面或第三方面的第一種可能的實現方式，在第三方面的第一種可能實現方式中，所述反應器是沉澱反應器或是流化床反應器。由上述技術方案可知，本發明利用白雲石石灰或白雲石熟石灰為沉澱劑和pH調節劑，同時除去汙水中的磷和銨氮，將汙水中的磷富集在反應固體產物裡，將汙水中的銨氮富集在液體中，經濟有效地實現了對汙水的處理和資源的回收。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是採用本發明一實施例方法進行批式處理實驗的實驗數據圖；圖2是採用本發明一實施例方法獲得的反應產物的掃描電鏡照片和該產物的能量色散X-射線光譜圖；圖3是本發明一實施例方法的處理過程中汙水的pH值的變化曲線圖；圖4為本發明另一實施例提供的一種汙水處理與資源回收系統的結構示意
圖5a_5d為採用圖4實施例提供的汙水處理與資源回收系統，在不同條件下得到的除磷和除氨的實驗結果曲線圖；圖6為本發明另一實施例提供的一種汙水處理與資源回收系統的結構示意圖；圖7為採用圖6實施例提供的汙水處理與資源回收系統得到的除磷的實驗結果曲線圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本實施例的汙水處理與資源回收方法可以包括:步驟1.1、將足量的白雲石石灰或白雲石熟石灰加入待處理的汙水中；具體地，白雲石須在600°C-1500°C煅燒2-12小時，將白雲石中50%以上碳酸鈣鎂轉化為氧化鈣鎂，才能有效地處理汙水中的磷酸根和銨。可選地，可以將煅燒後的白雲石石灰粉碎成直徑小於IOmm的顆粒或粉狀，以提高水處理時的反應速度和白雲石石灰的利用率以有效地去處汙水中的磷酸根和銨。進一步地，為了提高白雲石石灰的利用率，可將白雲石石灰水解製成白雲石熟石灰粉或漿液來處理汙水中的磷酸根和銨。當步驟1.1採用白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液時，可先向所述白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液中加入酸液使其PH值為Γ10.5，再將加入了酸液的白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液加入待處理的汙水中，以進一步提高白雲石石灰的利用率和水處理的反應速度。可選地，酸液可以為鹽酸、碳酸、硫酸、廢磷酸等。具體地，當米用白z 石石灰時，每升汙水加入的白z 石石灰的劑量與每升汙水中磷酸根含量的比例聞於0.75 ;當米用白z 石熟石灰時，每升汙水中加入的熟石灰的劑量與每升汙水中磷酸根含量的比例高於1.0,以獲得較高除磷和銨效率。具體地，由於白雲石石灰或白雲石熟石灰中的鎂氧化物或氫氧化物，特別是其中的鈣氧化物或氫氧化物可以有效地提高被處理的汙水的PH值。因此，要加入足夠劑量的白雲石石灰或白雲石熟石灰以將汙水的PH值的提高到8.5以上，從而有效地去除汙水中銨。可選地，其它鹼性化合物，如氫氧化鈉，可作為輔助劑加入被處理的汙水中，將汙水的PH值調高到8.5以上，以有效地去除水中的磷和銨。鹼性化合物的加入點應在白雲石石灰或熟石灰的加入點之後，以免影響白雲石石灰或熟石灰的利用率以及除磷和銨的效率。步驟1.2、將白雲石石灰或白雲石熟石灰與所述汙水充分混合反應5 240min ；具體地，將適量白雲石石灰或白雲石熟石灰加入被處理的汙水並將汙水的pH值調至適當範圍內後，要充分混合5 240min，使得白雲石石灰或白雲石熟石灰與汙水中的磷和銨充分反應，生成磷酸銨鎂沉澱、磷酸鈣沉澱和氨分子。在該步驟中白雲石石灰或熟石灰固體顆粒逐漸溶解，水中的磷酸根和銨與 溶出的鎂鈣離子反應生成新的固體沉澱。由於此時水中的磷酸根和銨還與白雲石石灰或熟石灰固體顆粒表面的鎂鈣反應生成表面沉澱，因此，如果混合不充分或PH值過高，那麼大量新生成的表面沉澱將阻止白雲石石灰或熟石灰固體顆粒的進一步溶解和反應，從而降低了白雲石石灰和熟石灰的利用率，也降低了反應固體產物中磷和銨的含量，即降低產品有效成分含量。所以加入白雲石石灰或白雲石熟石灰可以用機械攪拌或者利用流化床或循環流動以促使白雲石石灰或白雲石熟石灰與汙水進行充分混合，從而產生高品位，有經濟價值磷銨固體產品。步驟1.3、將反應產生的固體產物從被處理的汙水中分離出來；可選地，該步驟可以在沉降器中或流化床反應器中完成。在沉降器裡的沉降時間為2(Tl20min，以高效率地收集固體產物，並充分降低處理後水中的磷氮含量。流化床反應器上部沉降區的被處理的汙水的上升流線性流速低於0.6cm/min,以使固體產物沉降在流化床反應器底部。從沉降器或流化床反應器底部收集的沉澱物，將用離心和過濾法脫水並乾燥後，製成磷銨固體產品。步驟1.4、用脫氨塔將被處理的汙水中的氨分子脫離到氣相中；可選地，白Z 石石灰或熟石灰與汙水反應的另一種產物是氨分子。為了聞效率地將水中的銨離子轉化成氨分子，需要加入足夠的白雲石石灰或熟石灰，或附加其它鹼化合物將被處理的汙水的PH值提高到9以上。可以用脫氨塔將汙水中的氨分子脫離到氣相中。由於水中的銨離子向氨分子的轉化和脫氨速度比磷銨固體產生速度快，白雲石石灰或熟石灰溶解，磷酸銨鎂和磷酸鈣沉澱反應，和脫氨處理可以在同一個反應器內完成。步驟1.5、用裝有酸液的氨吸收塔將脫氨塔吹出的氣體中的氨氣進行吸收。具體地，為了將脫出的氨氣轉化成銨肥產品，從脫氨塔吹出的含有氨的氣體將通過一個氨吸收塔，將氨氣吸收到酸液裡。酸液可以是碳酸、硫酸或鹽酸等酸液，將氨氣富集成高濃度的碳酸銨、硫酸銨或氯化銨等銨鹽。這些銨鹽可以作為化肥和化工的原料。可選地，為了避免廢氣排放，從氨吸收塔吹出的氣體將直接引入脫氨塔用以脫氨。這樣氣體在脫氨塔與氨吸收塔之間形成一個閉路循環，將氨氣不斷的轉移富集在酸液裡，而不向環境排放任何氣體。白雲石石灰和白雲石熟石灰的化學成分分別為氧化鎂鈣和氫氧化鎂鈣。當將其加入汙水中後，其中的鎂與汙水中的磷酸根和銨生成非常穩定的磷酸銨鎂沉澱，是白雲石石灰高效除磷酸根的主要元素。其中的鈣也與汙水中的磷酸根生成磷酸鈣沉澱。白雲石是一種普遍存在的礦物。它比已有的汙水除磷技術中採用的鎂鹽和鎂氧化物價錢低，比用普通石灰(氧化鈣)和其它鈣化合物除磷效果好。採用白雲石石灰或白雲石熟石灰處理汙水的同時，還能夠提高汙水的PH值，將汙水中的銨轉化成氨氣，從而方便氨氣的脫出。圖1是採用本實施例方法進行的批式處理實驗的實驗數據圖，實驗數據顯示了當白雲石石灰劑量為0.1，0.3，0.5，0.8g/l時，被處理的汙水中的磷濃度隨混合時間的變化。本實驗採用的汙水是生活汙水處理廠的厭氧消化液。厭氧消化液中磷酸根濃度約為IlOmg - P/1。批式處理實驗時，將不同劑量的白雲石石灰加入厭氧消化液，在連續混合條件下，定時取樣分析被處理的厭氧消化液中的溶解態磷酸根濃度和PH值。如圖1所示，實驗結果表明處理該汙水的最佳石灰劑加入量為0.5g/l。磷濃度在2小時內從原水中的IlOmg/I降低到8mg/l。圖2是反應產物的掃描電鏡照片和該產物的能量色散X-射線光譜圖。將收集的固體產物乾燥後，做化學分析的結果證明固體產物含磷量為8%P，或相當於24%磷酸根。化學分析和能量色散X-射線光譜法分析結果證明該固體產物也含有較高的氨氮和少量鉀。由於這三個元素是化肥中的主要有效成分，因此該產物可以作為肥料。圖3是處理過程中汙水的pH值的變化曲線圖。如圖3所示，汙水的pH值隨白雲石石灰加量的增加而顯著地提高。在4小時的混合過程中，汙水的pH值也逐漸提高。圖4為本發明另 一實施例提供的一種汙水處理與資源回收系統40，如圖4所示，該系統包括磷沉澱脫氨器41、固液分離器42、氨吸收塔43、酸液箱44、汙水管道45，其中，所述汙水管道45的一端加入汙水以及白雲石石灰或白雲石熟石灰，使得白雲石石灰或白雲石熟石灰能夠與汙水在汙水管道45內快速混合反應。另一端與所述磷沉澱脫氨器41的頂部相連，用於將加有白雲石石灰或白雲石熟石灰的汙水輸入到所述磷沉澱脫氨器41中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉澱物以及完成銨離子到氨分子轉化過程和脫氨過程;所述磷沉澱脫氨器41的底部開有進氣口 411和出液口 412，頂部開有出氣口 413，所述進氣口 411與所述氨吸收塔43頂部的出氣口 431相連，用於將從氨吸收塔43流出的不含氨的氣體吹入所述磷沉澱脫氨器41中以將水中的氨剝離到氣相；所述出液口 412與所述固液分離器42相連；所述出氣口 413與所述氨吸收塔43的底部的進氣口 432相連，用於將從所述磷沉澱脫氨器41流出的含有氨的氣體輸送到所述氨吸收塔43中；具體地，磷酸銨鎂磷酸鈣沉澱生成，銨離子到氨分子轉化和脫氨過程在磷沉澱脫氨器41內一步完成。反應後水從磷沉澱脫氨器41的底部流入固液分離器42，將產生的固體產物與液體分開。空氣從磷沉澱脫氨器41的底部吹入，將水中的氨剝離到氣相。含有氨的氣體從磷沉澱脫氨器41的頂部流出，然後從底部流入氨吸收塔41。
進一步地，如果需要時，將鹼液加入磷沉澱脫氨器41內以輔助提高水的pH值。磷沉澱脫氨器41內裝有填料，以促進白雲石石灰或熟石灰與汙水混合反應，並增加氣液接觸面積和接觸時間。所述氨吸收塔43的頂部還開有進液口 433，底部還開有出液口 434，用於與所述酸液箱44完成酸液的循環流動，使得氨氣富集在酸液裡。具體地，脫氨後的氣體從氨吸收塔43的頂部流出後，再被吹入磷沉澱脫氨器41，以完成氣體的閉路循環使用。酸液從氨吸收塔43的頂部流入，從底部流出，並在氨吸收塔43與酸液箱44之間連續循環流動，將氨氣富集在酸液裡。圖5a_5d為採用本實施例提供的汙水處理與資源回收系統40，在不同條件下得到的除磷和除氨的實驗結果曲線圖。其中 ，圖5a和圖5b分別是採用本實施例提供的系統40得到的除磷和除氨結果，本實驗的白雲石石灰用量為0.5g/l，採用氫氧化鈉溶液控制被處理的汙水(本實驗採用厭氧消化液)的pH約為9.5。如圖5a和圖5b所示，汙水中的磷酸根含量從原水中的79mg — P / I降到低與5mg — P / I。與此同時，約75%的氨被從汙水中除去(原厭氧消化液中含有約1000毫克/升氨)。圖5c和圖5d也分別是採用本實施例提供的系統40得到的除磷和除氨結果。如圖5a的數據表明當白雲石石灰用量為1.2克/升時，汙水的pH約為9。處理開始40分鐘之內，處理後汙水中的磷酸根含量高於IOmg— P / I。水中的磷酸根含量隨時間增長而降低。當試驗進行到2小時後，出水磷濃度降低到5mg -P / I。當白雲石石灰用量為1.7g / I時，汙水的pH約為9.5。處理後汙水中的磷酸根含量迅速降低到5mg — P / I。圖5d的數據表明當白雲石石灰用量為1.7克/升時，約70%的氨被從汙水中除去。當白雲石石灰用量為1.2克/升時，氨去處率為40 — 50% (厭氧消化液中含有約1000毫克/升氨)。處理過程中用於吸收氨氣的硫酸溶液的pH值控制在低於4。酸液中硫酸銨的濃度可以富集到高於70%。鹽酸和碳酸溶液也可以用來將氨富集成鹽酸銨和碳酸銨。這些高濃度的溶液可以直接或乾燥成固體產物後作為化肥和化工原料。圖6為本發明另一實施例提供的一種汙水處理與資源回收系統60，如圖6所示，該系統包括汙水管道61、反應器62、脫氨塔63、氨吸收塔64以及酸液箱65，其中，所述汙水管道61的一端加入汙水以及白雲石石灰或白雲石熟石灰，另一端與所述反應器62相連,用於將加有白雲石石灰或白雲石熟石灰的汙水輸入到所述反應器62中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉澱物；所述反應器62的上部和底部分別開有出液口，其中，位於上部的出液口 621與所述脫氨塔63頂部的進液口 631相連，用於將汙水上清液輸入到所述脫氨塔63中；位於底部的出液口 622用於流出沉澱物；所述脫氨塔63的頂部還開有出氣口 632，底部開有進氣口 633和出液口 634，所述出氣口 632與所述氨吸收塔64底部的進氣口 641相連，用於將含氨氣體輸入到氨吸收塔64中；所述進氣口 633與所述氨吸收塔64頂部的出氣口 642相連，用於將氨吸收塔64輸出的除氨氣體吹入所述脫氨塔65中；所述出液口 634用於排放處理後的水；所述氨吸收塔64的頂端還開有進液口 643，底部還開有出液口 644，用於與所述酸液箱65完成酸液的循環流動，使得氨氣富集在酸液裡。可選地，所述反應器62可以是沉澱反應器或是流化床反應器。當採用沉澱反應器時，汙水管道61與沉澱反應器的中上部相連，並且，當需要通過加鹼液來調節汙水的pH值時，輔助鹼液由沉澱反應器的上部加入。當採用流化床反應器時，汙水管道61與流化床反應器的底部相連，並且，當需要加入鹼液來調節汙水的PH值時，輔助鹼液由流化床反應器的中下部加入。
具體地，處理時將白雲石石灰或白雲石熟石灰加入汙水管道61內與汙水快速混合反應後，汙水進入反應器62中充分反應IOmirTlSOmin後生成磷酸銨鎂磷酸鈣沉澱。固體產物沉降後，從反應器62底部的出液口 622流出，並被收集。如果需要時，將鹼液加入反應器62輔助提高水的pH值。該反應器62頂上用蓋封住，以防止氨氣從汙水散發到空氣裡。汙水上清液從反應器的頂部的出液口 621進入內裝有填料的脫氨塔63。氨吸收塔64的處理流程與上一實施例中的氨吸收塔43相同。圖7為採用本實施例提供的汙水處理與資源回收系統60得到的除磷的實驗結果曲線圖。其中反應器採用了流化床反應器，流化床反應器內徑為5釐米，高45釐米，底部成錐狀。流化床反應器處理過程中，含有不同白雲石石灰劑量的厭氧消化液從反應器底部以7ml / min的流速連續輸入。液體在反應器內的反應時間是兩小時。圖7的數據表明當處理時間為兩小時，出水磷濃度約為20 - 30mg/l。用lg/Ι的白雲石石灰處理時，出水磷濃度比用0.5g/l和0.7g/l的白雲石石灰處理時低。隨處理時間增長，低加藥量處理出水磷濃度逐漸降低，並與lg/Ι的白雲石石灰處理水磷濃度接近。本發明利用白雲石石灰或白雲石熟石灰為沉澱劑和pH調節劑，同時除去汙水中的磷和銨氮，將汙水中的磷富集在反應固體產物裡，將汙水中的銨氮富集在液體中，經濟有效地實現了對汙水的處理和資源的回收。在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。最後應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換，而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種汙水處理與資源回收的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: 步驟1.1、將足量的白雲石石灰或白雲石熟石灰加入待處理的汙水中； 步驟1.2、將白雲石石灰或白雲石熟石灰與所述汙水充分混合反應5 240min ； 步驟1.3、將反應產生的固體產物從被處理的汙水中分離出來； 步驟1.4、用脫氨塔將被處理的汙水中的氨分子脫離到氣相中； 步驟1.5、用裝有酸液的氨吸收塔將脫氨塔吹出的氣體中的氨氣進行吸收。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟1.1中的白雲石石灰是直徑小於IOmm的白雲石石灰顆粒或白雲石石灰粉末。
3.根據權利要求1或2所述的 方法，其特徵在於:當所述步驟1.1採用白雲石石灰時，每升汙水加入的白雲石石灰的劑量與每升汙水中磷酸根含量的比例高於0.75，並使得被處理的汙水的pH值大於8.5 ;當所述步驟1.1採用白雲石熟石灰時，每升汙水加入的白雲石熟石灰的劑量與每升汙水中磷酸根含量的比例高於1.0，並使得被處理的汙水的pH值大於8.5。
4.根據權利要求1-3之一所述的方法，其特徵在於，所述步驟1.1中的白雲石熟石灰可以是白雲石熟石灰粉或白雲石熟石灰漿液；當所述步驟1.1採用的是白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液時，可先向所述白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液中加入酸液使其PH值為Γ10.5，再將加入了酸液的白雲石石灰或白雲石熟石灰漿液加入待處理的汙水中。
5.根據權利要求1-4之一所述的方法，其特徵在於，所述步驟1.1還包括:在加入白雲石石灰或白雲石熟石灰之後，將鹼性化合物作為輔助劑加入被處理的汙水中使得被處理的汙水的pH值高於8.5。
6.根據權利要求1-5之一所述的方法，其特徵在於，所述步驟1.3可以在沉降器中或流化床反應器中完成，其中，當在沉降器中完成時，沉降時間為2(Tl20min;當在流化床反應器中完成時，被處理的汙水在流化床反應器上部沉降區的上升流線性流速低於0.6cm /mirio
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，用離心和過濾法對從所述沉降器或所述流化床反應器底部收集的沉澱物進行脫水並乾燥後，製成磷銨固體產品。
8.根據權利要求1-7之一所述的方法，其特徵在於，從所述氨吸收塔吹出的氣體被直接引入所述脫氨塔用以脫氨。
9.一種汙水處理與資源回收的系統，其特徵在於，所述系統包括磷沉澱脫氨器、固液分離器、氨吸收塔、酸液箱、汙水管道，其中， 所述汙水管道的一端用於加入汙水以及白雲石石灰或白雲石熟石灰，另一端與所述磷沉澱脫氨器的頂部相連，用於將加有白雲石石灰或白雲石熟石灰的汙水輸入到所述磷沉澱脫氨器中以生成磷酸銨鎂及磷酸鈣的沉澱物以及完成銨離子到氨分子的轉化過程和脫氨過程； 所述磷沉澱脫氨器的底部開有進氣口和出液口，頂部開有出氣口，所述進氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用於將從氨吸收塔流出的不含氨的氣體吹入所述磷沉澱脫氨器中以將水中的氨剝離到氣相；所述出液口與所述固液分離器相連；所述出氣口與所述氨吸收塔的底部的進氣口相連，用於將從所述磷沉澱脫氨器流出的含有氨的氣體輸送到所述氨吸收塔中；所述氨吸收塔的頂部還開有進液口，底部還開有出液口，用於與所述酸液箱完成酸液的循環流動，使得氨氣富集在酸液裡。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述磷沉澱脫氨器的頂部還開有進液孔，所述進液孔用於在需要的時候加入鹼液。
11.根據權利要求9或10所述的系統，其特徵在於，所述磷沉澱脫氨器內裝有填料，以促進白雲石石灰或熟石灰與汙水的混合反應，並增加氣液接觸面積和接觸時間。
12.根據權利要求9-11之一所述的系統，其特徵在於，所述氨吸收塔內裝有填料。
13.—種汙水處理與資源回收的系統，其特徵在於，所述系統包括汙水管道、反應器、脫氨塔、氨吸收塔以及酸液箱，其中， 所述汙水管道的一端用於加入汙水以及白雲石石灰或白雲石熟石灰，另一端與所述反應器相連，用於將加有白雲石石灰或白雲石熟石灰的汙水輸入到所述反應器中以生成磷酸銨鎂及磷酸鈣的沉澱物； 所述反應器的上部和底部分別開有出液口，其中，位於上部的出液口與所述脫氨塔頂部的進液口相連，用於將汙水上清液輸入到所述脫氨塔中；位於底部的出液口用於流出沉澱物； 所述脫氨塔的頂部還開有出氣口，底部開有進氣口和出液口，所述出氣口與所述氨吸收塔底部的進氣口相連，用於將含氨氣體輸入到氨吸收塔中；所述進氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用於將氨吸收塔輸出的除氨氣體吹入所述脫氨塔中；所述出液口用於排放處理後的水； 所述氨吸收塔的頂端還開有進液口，底部還開有出液口，用於與所述酸液箱完成酸液的循環流動，使得氨氣富集在酸液裡。
14.根據 權利要求13所述的系統，其特徵在於，所述反應器的頂部還開有進液孔，所述進液孔用於在需要的時候加入鹼液。
15.根據權利要求13或14所述的系統，其特徵在於，所述反應器是沉澱反應器或是流化床反應器。
全文摘要
本發明提供一種汙水處理與資源回收的方法和系統，用以實現除去汙水中的磷和氮化合物，並將其富集成可利用的磷氮產物。本發明的方法包括步驟1.1、將足量的白雲石石灰或白雲石熟石灰加入待處理的汙水中；步驟1.2、將白雲石石灰或白雲石熟石灰與被處理的汙水充分混合5~240min；步驟1.3、將反應產生的固體產物從被處理的水中分離出來；步驟1.4、用脫氨塔將被處理的水中的氨分子脫離到氣相中；步驟1.5、用裝有酸液的氨吸收塔將脫氨塔吹出的氣體中的氨氣進行吸收。本發明利用白雲石石灰或白雲石熟石灰為沉澱劑和pH調節劑，同時除去汙水中的磷和銨氮，將汙水中的磷富集在反應固體產物裡，將汙水中的銨氮富集在液體中，經濟有效地實現了對汙水的處理和資源的回收。
文檔編號C02F9/04GK103145262SQ20131001001
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者孟曉光, 宋永會 申請人:中國環境科學研究院, 孟曉光