專利名稱：一體化鳥糞石法氮磷回收裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程水處理領域，涉及物理化學法處理含氮、磷廢水反應裝置，尤其以磷酸銨鎂結晶(鳥糞石)回收污水中氮磷的裝置。
背景技術：
富含Ρ043_-Ρ和NH4+-N的廢水是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因。這種廢水來源廣， 排水量大，污染性不容忽視。同時磷又是一種非常重要的不可再生資源，據(jù)美國地質調查 局(USGS)的資料估計，地球上的磷礦資源儲量只能維持90年。而我國磷礦儲量中雜質含 量低，品位高的磷礦預計在未來10 15年將被開采完，因此國土資源部已將磷礦資源列為 2010年后不能滿足國民經濟發(fā)展要求的20種礦石之一。與之形成對比，污水中流失的磷量 是非常巨大的，自然界中的磷80%來自生活污水的排放，因此現(xiàn)在許多國家都非常重視從 污水中回收磷進行再利用。瑞典政府已明確規(guī)定，在2015年之前的中期目標是從污水中回 收不少于60 %的磷用于生產用地，其中不少于50 %用于可耕地。鳥糞石法脫氮除磷，不僅可以減少進入水環(huán)境的氮、磷量，而且可以回收部分磷， 進行再利用，緩解磷資源的匱乏。當污水中存在Mg2+、NH4+以及Po/—，且離子濃度積大于溶 度積常數(shù)Ksp時，會自發(fā)生成鳥糞石并形成沉淀，進而實現(xiàn)NH4+以及PO43-同時去除。反應 式為Mg2++NH4++P043、6H20 — MgNH4PO4 · 6H20 I鳥糞石法回收氮磷仍存在一些重要問題，即鳥糞石晶體生長緩慢，處理水力停留 時間長，脫氮除磷效率低下，回收效率差。雖然可以通過改變PH值、氮磷鎂的摩爾比，調整 沉淀反應條件，投加晶種等措施提高晶體生長速度，但是容易引起副反應，降低鳥糞石純度 及回收量。目前鳥糞石回收氮磷的裝置主要有三類流化床、沉淀池、結晶反應器。這些反 應裝置雖然各具優(yōu)勢，在實際過程中都有所應用，并取得了一定的脫氮除磷效果及回收效 率。但是也存在一些不足之處①流化床反應裝置通常在反應器外部配有投加外源晶種設 備或鳥糞石載體填料脫膜分離器，增加了裝置結構的復雜性，配套設備投資多，操作難度增 大；②沉淀池反應裝置通常采用鳥糞石沉淀至反應器底部，定期排除。實際廢水中含有大量 懸浮固體及有機顆粒，在鳥糞石沉淀過程中，會網(wǎng)捕這些顆粒，使得沉淀中雜質含量增多， 增加了后續(xù)回收利用的麻煩；③結晶反應器裝置通常結構復雜，能耗較大，操作流程復雜， 應用不多；④當溶液過飽和度較大時，鳥糞石在短時間內結晶，形成細微粒子，容易從出水 流失，使鳥糞石回收率降低至大約60 70% ；⑤鳥糞石易于結垢，目前許多反應器掛壁現(xiàn) 象顯著，嚴重影響了鳥糞石的回收效率，而且減小了反應器的有效體積，降低了反應器的效 率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了提供一種改進的流化床氮磷回收一體化裝置，以彌補上述鳥 糞石沉淀裝置的不足之處，解決鳥糞石回收氮磷的具體問題，提高廢水處理效果，增加鳥糞石回收量及純度，以便后續(xù)利用。為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，由下而上依次設置沉淀區(qū)、混合反應區(qū)、晶體生長區(qū)、晶體捕集及出水區(qū)等功能區(qū)，各功能區(qū)段 橫截面積呈階梯式增加；沉淀區(qū)底部為圓錐形，錐形底部設有排泥閥，定期排出沉淀物質；混合反應區(qū)設有進水口、藥劑投加口、堿液投加口、回流液入口及第一級環(huán)狀曝氣 器；晶體生長區(qū)設有第二級環(huán)狀曝氣器；晶體捕集及出水區(qū)底部設有回流液出水口，并設有多層錐形濾網(wǎng)，通過支架固定 在晶體捕集及出水區(qū)。此外，還設有鋸齒形出水堰和收集水槽。晶體生長區(qū)底部設有第二級環(huán)狀曝氣器。裝置內部采取二級曝氣進行混合液的混 合和提升。其中，第一級環(huán)狀曝氣器為促進大量鳥糞石微細晶體快速形成；第二級環(huán)狀曝氣 器為促進晶體成長，并防止晶體在反應器內壁結垢。進水口、藥劑投加口、回流液入口在反應裝置混合反應區(qū)的同一橫截面積上，堿液 投加口在它們略上方的位置，有利于反應效果提高。反應裝置設有回流，通過回流可強化控制鳥糞石的過飽和率。多層錐形濾網(wǎng)，采用不同規(guī)格孔徑(例如0. Imm Imm)的不銹鋼絲網(wǎng)或改性工業(yè) 濾布組成，孔徑沿水流方向逐級減小。當混合液流經多層錐形濾網(wǎng)時，鳥糞石在其表面吸 附、生長，通過定期將多層錐形濾網(wǎng)提升出反應裝置，則可刮除并回收其累積的晶體物質?；亓鞅瓤赏ㄟ^調節(jié)回流泵的流速進行控制；取進水口附近水樣進行離子濃度及 PH值的測定，通過計算可得過飽和率，進而可調節(jié)回流泵流速。濾網(wǎng)的層數(shù)視反應器大小及出水效果而定。濾網(wǎng)邊緣附著于錐形支架上，錐頂部 可設置開口以使水流通暢，開口的口徑大小視情況而定。濾網(wǎng)可采用改性工業(yè)濾布替代，其 中“改性”指在濾布上涂上一些有機材料，納米材料等，優(yōu)化濾布性能。由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明裝置在出水區(qū)設有多層濾網(wǎng)，為鳥糞石晶體提供結晶種，逐級吸附顆粒 較小的鳥糞石晶體，有效防止細微粒子隨出水流失，增加了鳥糞石的回收效率。而且，濾網(wǎng) 可從裝置中取出，鳥糞石晶體干燥后，刮刷即可得到，操作方便。2、濾網(wǎng)吸附鳥糞石晶體，純度可達96%以上，無重金屬污染。3、通過調節(jié)適當?shù)幕亓鞅?，可以強化控制鳥糞石反應的過飽和率，防止飽和度過 大引起鳥糞石急速反應，鳥糞石晶體細小、不均等現(xiàn)象。同時，以回流的鳥糞石晶體作為晶 種，縮短了晶體生長的時間，使裝置內保有一定的固相量，提高了回收晶體的純度。裝置不 需要連續(xù)投加外源晶種，降低了運行成本和操作難度。4、反應裝置由下至上各區(qū)段橫截面積逐級增加，有利于保持晶體生長區(qū)的過飽和度。5、反應裝置內設有兩級環(huán)狀曝氣器，為鳥糞石反應提供混合能及上升流的推動 力?；旌戏磻獏^(qū)曝氣量較大，為鳥糞石反應提供適當?shù)臄嚢鑿姸龋痪w生長區(qū)曝氣量較小， 促進鳥糞石晶體生長，防止鳥糞石晶體在反應器內壁結垢。
6、反應裝置運行過程中，控制溶液過飽和率在2 5以內，可使晶體成核及成長速 率較快，進而縮短水力停留時間。


圖1為一體化氮磷回收裝置的平面圖。圖2為一體化氮磷回收裝置去掉濾網(wǎng)后的平面圖。圖3為一體化氮磷回收裝置的A-A剖面圖。圖4為一體化氮磷回收裝置的B-B剖面圖。圖5為濾網(wǎng)及支架的平面圖。圖6為濾網(wǎng)及支架的剖面圖。圖中編號1為出水管，2為回流出水口，3為回流進水口，4為藥劑投加口，5為進 水口，6為出水堰；7為反應裝置的沉淀區(qū)，8為反應裝置的混合反應區(qū)，9為反應裝置的晶體 生長區(qū)，10為反應裝置的晶體捕集及出水區(qū)，11為濾網(wǎng)，12為濾網(wǎng)支架，13為堿液投加口， 14為第一級環(huán)狀曝氣器，15為第一級進氣管，16為第二級環(huán)狀曝氣器，17為第二級進氣管， 18為排泥閥，19為收集水槽。
具體實施例方式以下結合

本反應裝置的具體實施方式
。一種一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，由下而上依次設置沉淀區(qū)7、混合反應區(qū)8、 晶體生長區(qū)9、晶體捕集及出水區(qū)10等功能區(qū)，各功能區(qū)段橫截面積呈階梯式增加。沉淀區(qū) 7底部為圓錐形，錐形底部設有排泥閥18，為保持反應裝置內一定的固相量，定期由沉淀區(qū) 底部漏斗排出沉淀物質；混合反應區(qū)8設有進水口 5、藥劑投加口 4、堿液投加口 13、回流液 入口 3及第一級環(huán)狀曝氣器14 ；晶體生長區(qū)9為鳥糞石晶體生長區(qū)段，在晶體生長區(qū)9的 底部設有第二級環(huán)狀曝氣器16 ；晶體捕集和出水區(qū)10底部設有回流出水口 2，并設有多層 錐形濾網(wǎng)11，通過支架12固定在晶體捕集區(qū)及出水區(qū)10，此外，還設有鋸齒形出水堰6和 收集水槽19。本發(fā)明中，裝置內部采取二級曝氣進行混合液的混合和提升。其中，第一級環(huán)狀曝 氣器14為促進大量鳥糞石微細晶體快速形成；第二級環(huán)狀曝氣器16為促進晶體成長，并防 止晶體在反應器內壁結垢。本發(fā)明中，進水口 5、藥劑投加口 4、回流液入口 3在反應裝置混合反應區(qū)8的同一 橫截面積上，堿液投加口 13在它們略上方的位置，有利于反應效果提高。本發(fā)明中，反應裝置設有回流，通過回流可強化控制晶體生長區(qū)段中鳥糞石反應 的過飽和率?；亓饕喝肟诤统隹谕ㄟ^回流泵連接。本發(fā)明中，多層錐形濾網(wǎng)11采用不同規(guī) 格孔徑(例如0. Imm Imm)的不銹鋼絲網(wǎng)或改性工業(yè)濾布組成，孔徑沿水流方向逐級減 小。當混合液流經多層錐形濾網(wǎng)11時，鳥糞石在其表面吸附、生長，通過定期將多層錐形濾 網(wǎng)11提升出反應裝置，則可刮除并回收其累積的晶體物質。本反應裝置運行過程中，廢水經由位于混合反應區(qū)的進水口 5，藥劑經由位于混合 反應區(qū)的藥劑投加口 4，堿液經由位于混合反應區(qū)的堿液投加口 13進入本反應裝置。調節(jié) pH值在7. 5 9. 5，在第一級環(huán)狀曝氣器14作用下，廢水與藥劑、堿液在混合反應區(qū)充分混合，形成鳥糞石微細晶體?；旌弦簥A雜晶體進入晶體生長區(qū)9，晶體繼續(xù)長大，調節(jié)第二級環(huán)狀曝氣器16曝氣量，促進晶體生長，并防止晶體在反應器內壁結垢。第一段環(huán)狀曝氣量為3 5L/min，第二段環(huán)狀曝氣量為1 2L/min。環(huán)狀曝氣器內接在反應器內壁上，分別位于混合反應區(qū)和晶體生長區(qū)底部。形成的大顆粒晶體沉降至沉淀區(qū)7，小顆粒隨水流進入晶體捕集及出水區(qū)10，吸 附在濾網(wǎng)11上逐漸長大，定期將濾網(wǎng)11從反應裝置中取出、刮刷得到晶體。出水經由鋸齒 形出水堰6，由收集水槽19收集，經由出水管1排出。沉淀區(qū)7底部為圓錐形，設有排泥閥 18，控制晶體停留時間，可定期排除沉淀區(qū)的沉積物。晶體捕集及出水區(qū)10設有多層錐形濾網(wǎng)11，濾網(wǎng)配有支架12。濾網(wǎng)11可通過支 架12固定于反應器的晶體捕集及出水區(qū)，也可通過支架12從中取出反應裝置，通過刮刷濾 網(wǎng)上吸附的鳥糞石晶體來進行回收。濾網(wǎng)11呈倒置漏斗形，可采用不同規(guī)格孔徑(0. Imm Imm)的不銹鋼絲網(wǎng)或改性工業(yè)濾布材料，目前不銹鋼絲網(wǎng)應用較廣，但其加工煩瑣，考慮采 用復合濾布材料，方便加工，并可以提高操作的靈活性。支架頂部伸出反應裝置部分設有三 個架腳，架在反應裝置外緣上。反應裝置設有二級環(huán)狀曝氣器，配合不同目的，調節(jié)不同曝氣量?；旌戏磻獏^(qū)8的 第一級環(huán)狀曝氣器14，提供反應充分混合的混合能，推動反應液夾雜鳥糞石晶核向上流動； 晶體生長區(qū)9柱狀區(qū)底部的第二級環(huán)狀曝氣器16，促進鳥糞石晶體生長，防止其在反應器
內壁結垢。通過調節(jié)回流量，確定適宜的回流比，強化控制鳥糞石的過飽和率，回流部分新生 鳥糞石晶體作為晶種，提高回收率，改善晶體的沉淀性能。取進水口附近水樣進行離子濃度 的測定，通過計算可得過飽和率，進而調節(jié)回流泵流速。實施例養(yǎng)雞場發(fā)酵池廢水，COD(化學耗氧量)濃度為10000mg/L左右，氨氮3000 4000mg/L,總磷400 500mg/L，經過60目篩子篩濾預處理，以MgCl2 □ 6H20和 Na2HPO4 □ 12H20為沉淀劑，10%的NaOH溶液調節(jié)pH值，進行鳥糞石脫氮除磷及回收。反應器總高度52cm，有效高度49cm，總體積為4L。底部設有錐形漏斗收集沉淀， 漏斗體積為0. 09L，漏斗上端緩沖層高度3cm，混合反應區(qū)高度為10cm，直徑7cm，底端設有 環(huán)狀曝氣，使廢水與投加藥劑充分混合，晶體生長區(qū)高度20cm，直徑11cm，底部設有環(huán)狀曝 氣，沖刷內壁，防止鳥糞石晶體在晶體生長區(qū)內壁結垢?；旌戏磻獏^(qū)和晶體生長區(qū)橫截面 積不同，形成漸擴區(qū)域，高度2cm。晶體生長區(qū)上部為晶體捕集及出水區(qū)域，高度9cm，直徑 15cm。內部設有鋸齒形出水堰及捕集晶體的濾網(wǎng)，濾孔面積1mm2。濾網(wǎng)呈倒置漏斗形，底部 直徑2cm，上部直徑13cm，高度9cm，總面積212cm2。濾網(wǎng)上部設有7cm高的提升支架，方便 將濾網(wǎng)從反應器內取出。進水口，進藥口與回流口位于距漸擴區(qū)域底部4cm處，廢水和沉淀劑以鎂氮磷摩 爾比1.2 1 1進入反應器，10% NaOH溶液從位于進水口上端2cm的進堿口進入反應 器，調節(jié)混合液PH在9. 5左右?；亓髁? 4mL/min，用以調節(jié)反應器內部的過飽和率，混 合反應區(qū)曝氣量為4 5L/min，晶體生長區(qū)曝氣量為1 2L/min，水力停留時間為54min。 連續(xù)運行，每2天排一次泥。氨氮去除率在87%左右，總磷去除率為82%，COD去除率也可 達到38. 3%?；厥盏镍B糞石晶體純度可達96%以上，方便回收利用。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā) 明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而 不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在 本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，由下而上依次設置如下功能區(qū)沉淀區(qū)(7)、混合反應區(qū)(8)、晶體生長區(qū)區(qū)(9)、晶體捕集及出水區(qū)(10)，其特征在于沉淀區(qū)(7)底部為圓錐形，錐形底部設有排泥閥(18)，定期排出沉淀物質；混合反應區(qū)(8)設有進水口(5)、藥劑投加口(4)、堿液投加口(13)、回流液入口(3)及第一級環(huán)狀曝氣器(14)；晶體捕集和出水區(qū)(10)設有回流液出水口(2)，并設有多層錐形濾網(wǎng)(11)，濾網(wǎng)通過支架(12)固定在晶體捕集及出水區(qū)(10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述各功能區(qū) 段橫截面積呈階梯式增加。
3.根據(jù)權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述晶體生長 區(qū)(9)為鳥糞石晶體生長區(qū)段，在晶體生長區(qū)(9)的底部設有第二級環(huán)狀曝氣器(16)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于還設有鋸齒形 出水堰(6)和收集水槽(19)。
5.根據(jù)權利要求1、3所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述第一級 環(huán)狀曝氣器(14)為促進大量鳥糞石微細晶體快速形成；第二級環(huán)狀曝氣器(16)為促進晶 體成長，并防止晶體在反應器內壁結垢。
6.根據(jù)權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于進水口(5)、藥 劑投加口(4)、回流液入口(3)在反應裝置混合反應區(qū)(8)的同一橫截面積上，堿液投加管 (13)在它們上方的位置。
7.根據(jù)權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于還設有回流裝 置以強化控制鳥糞石的過飽和率。
8.根據(jù)權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于多層錐形濾網(wǎng) (11)由不銹鋼絲網(wǎng)或改性工業(yè)濾布組成，孔徑沿水流方向逐級減小。
9.根據(jù)權利要求8所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述不銹鋼絲 網(wǎng)或改性工業(yè)濾布的孔徑為0. Imm 1mm。
全文摘要
一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，涉及環(huán)境工程水處理領域，是一種物理化學法處理含氮、磷廢水反應器。它是以磷酸銨鎂(鳥糞石)形式去除廢水中氮、磷物質，并進行回收再利用。反應裝置為一體化形式，由下到上依次設置沉淀區(qū)、混合反應區(qū)、晶體生長區(qū)、晶體捕集及出水區(qū)，混合反應區(qū)設有第一級曝氣器，主要為廢水和藥劑充分混合反應區(qū)；晶體生長區(qū)設有第二級曝氣器，主要為鳥糞石生長區(qū)；沉淀區(qū)內主要沉積大顆粒鳥糞石晶體；晶體捕集及出水區(qū)則通過濾網(wǎng)捕集來回收鳥糞石晶體。此外，裝置還通過外回流來強化控制鳥糞石反應的過飽和率，促進晶體生長。本發(fā)明裝置工藝流程簡單，具有水力停留時間短，氮磷回收效率高，回收純度高，占地面積小，運行維護費用低等優(yōu)點。
文檔編號C01B25/45GK101817581SQ201010141900
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權日2010年4月8日
發(fā)明者劉戰(zhàn)廣, 周雪飛, 張亞雷, 朱洪光, 楊鴻瑞, 蘇鴻洋 申請人:同濟大學