專(zhuān)利名稱(chēng)：污水處理與資源回收的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理和資源回收領(lǐng)域，具體涉及到利用白云石石灰或白云石熟石灰除去污水中的磷和氮化合物，并將其富集成可利用的磷氮產(chǎn)物的污水處理和資源回收的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大量含高磷，氮化合物的生活污水，農(nóng)副業(yè)污水，和工業(yè)污水的排放已造成世界許多國(guó)家地表水的嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，其中包括北美、歐洲、亞洲50%以上的湖泊。生活污水處理廠(chǎng)排放的處理水是磷氮污染的一個(gè)主要來(lái)源。有些農(nóng)副業(yè)污水，例如豬場(chǎng)污水，也含有高濃度的磷，氮化合物。地表水中這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過(guò)多會(huì)引起水生生物，特別是藻類(lèi)的大量繁殖，使生物量的種群種類(lèi)數(shù)量發(fā)生改變，破壞了水體的生態(tài)平衡。富營(yíng)養(yǎng)化也會(huì)造成飲用水源污染和對(duì)飲用水水處理的干擾。另外，磷氮是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須的營(yíng)養(yǎng)元素。世界現(xiàn)有的磷礦資源只可維持人類(lèi)200多年的需求。人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展需要有效的除去污水中的磷氮，并將其轉(zhuǎn)化成可利用的肥料。目前，國(guó)內(nèi)外生活污水處理廠(chǎng)大都只采用除磷技術(shù)，只有少數(shù)幾家國(guó)外處理廠(chǎng)試用磷回收技術(shù)。生活污水處理廠(chǎng)采用的除磷技術(shù)一般為生物法(enhanced biologicalpHospHorus removal) (Liu et al., 1996;Lesjean et al.，2003)和化學(xué)沉淀法(Maurerand Boiler, 1999; De-Bashan and Bashan, 2004)。生物除磷法利用對(duì)磷有富集功能的細(xì)菌在厭氧和好氧不斷交換的條件下將污水中的磷除去。但生物除磷法增加了污水處理廠(chǎng)的費(fèi)用和操作復(fù)雜程度。化學(xué)沉淀法常用鐵鹽、鋁鹽和鈣化合物來(lái)沉淀和吸附污水中的磷。但這些添加物生成的氫氧化物沉淀增加了污泥的體積，使得污泥的生物可降解性降低，從而增加了用于污水處理和污泥清除的費(fèi)用。

在生物污水和許多農(nóng)副業(yè)污水處理過(guò)程中，大部分磷氮被富集在活性污泥里。當(dāng)從澄清池沉積出的部分活性污泥進(jìn)入?yún)捬跸叵?，大量富集在生物污泥里的磷氮又被釋放到厭氧消化液里。污水處理廠(chǎng)的厭氧消化液含有高濃度磷酸根和銨，所以有利于磷氮的去除和回收。從厭氧消化液里去除和回收磷技術(shù)大多數(shù)采用加鎂鹽的方法(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(lèi)方法大多數(shù)采用向厭氧消化液里加鎂鹽(如氯化鎂)的方法促使磷酸銨鎂的沉淀或鳥(niǎo)糞石(MgNH4PO4.6 (H2O))的生成；也有采用加鈣化合物(如石灰)與水中的磷酸根生成羥基磷灰石(Caltl (PO4) 6 (OH) 2);還有采用脫厭氧消化液中的二氧化碳?xì)饣蚣訅A的辦法來(lái)提高厭氧消化液的pH值,從而促使鳥(niǎo)糞石的生成。美國(guó)專(zhuān)利(U.S.Pat.N0.6893567B1)用生物硝化法將污水中的銨轉(zhuǎn)化成硝酸根，然后向預(yù)處理后的污水中加氯化鎂、氯化鈣及氫氧化鈉鉀促使污水中的磷酸根生成沉淀。美國(guó)專(zhuān)利(U.S.Pat.N0.7，622，047)用流化床反應(yīng)器將污水中的磷生成顆粒狀的鳥(niǎo)糞石類(lèi)沉淀。該技術(shù)將鎂離子加進(jìn)污水里并用堿液將污水的PH值調(diào)到7.Γ8.5的范圍內(nèi)，從而促使沉淀物的生成。該技術(shù)還用空氣剝離法(air stripping)脫除污水里的二氧化碳?xì)怏w以提高污水的PH值。美國(guó)專(zhuān)利(U.S.Pat.N0.7，842，186)用厭氧反應(yīng)器處理含有磷銨的污水，然后用空氣剝離法脫除處理后的污水里的二氧化碳?xì)?，從而將污水的PH值從8.4提高到9.6以促使鳥(niǎo)糞石沉淀物的生成。綜上所屬，目前的污水除磷技術(shù)采用鎂化合物，費(fèi)用高。而采用石灰和其它鈣化合物除磷效率低。目前還沒(méi)有用一種處理物和一個(gè)處理過(guò)程同時(shí)去除污水中磷銨的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種污水處理與資源回收的方法和系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)除去污水中的磷和氮化合物，并將其富集成可利用的磷氮產(chǎn)物。第一方面提供了一種污水處理與資源回收方法，所述方法包括如下步驟:步驟1.1、將足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待處理的污水中；步驟1.2、將白云石石灰或熟石灰與所述污水充分混合反應(yīng)5 240min ；步驟1.3、將反應(yīng)產(chǎn)生的固體產(chǎn)物從被處理的污水中分離出來(lái)；步驟1.4、用脫氨塔將被處理的污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(jìn)行吸收。在第一方面 的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述步驟1.1中的白云石石灰是直徑小于IOmm的白云石石灰顆粒或白云石石灰粉末。結(jié)合第一方面或者第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)所述步驟1.1米用白z 石石灰時(shí)，每升污水加入的白z 石石灰的劑量與每升污水中磷酸根含量的比例高于0.75，并使得被處理的污水的pH值大于8.5 ；當(dāng)所述步驟1.1采用白云石熟石灰時(shí)，每升污水加入的白云石熟石灰的劑量與每升污水中磷酸根含量的比例高于1.0,并使得被處理的污水的PH值大于85。結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式或者第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述步驟1.1中的白云石熟石灰可以是白云石熟石灰粉或白云石熟石灰漿液；當(dāng)所述步驟1.1采用的是白云石石灰或白云石熟石灰漿液時(shí)，可先向所述白云石石灰或白云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云石石灰或白云石熟石灰漿液加入待處理的污水中。結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式或者第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述步驟1.1還包括:在加入白云石石灰或白云石熟石灰之后，將堿性化合物作為輔助劑加入被處理的污水中使得被處理的污水的PH值高于8.5。結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式或者第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述步驟1.3可以在沉降器中或流化床反應(yīng)器中完成，其中，當(dāng)在沉降器中完成時(shí)，沉降時(shí)間為20 120min ；當(dāng)在流化床反應(yīng)器中完成時(shí)，被處理的污水在流化床反應(yīng)器上部沉降區(qū)的上升流線(xiàn)性流速低于0.6cm / min。
結(jié)合第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，用離心和過(guò)濾法對(duì)從所述沉降器或所述流化床反應(yīng)器底部收集的沉淀物進(jìn)行脫水并干燥后，制成磷銨固體產(chǎn)品。結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式、第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式或者第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)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污水處理與資源回收系統(tǒng)，包括磷沉淀脫氨器、固液分離器、氨吸收塔、酸液箱、污水管道，其中，所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一端與所述磷沉淀脫氨器的頂部相連，用于將加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水輸入到所述磷沉淀脫氨器中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉淀物以及完成銨離子到氨分子轉(zhuǎn)化過(guò)程和脫氨過(guò)程；所述磷沉淀脫氨器的底部開(kāi)有進(jìn)氣口和出液口，頂部開(kāi)有出氣口，所述進(jìn)氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用于將從氨吸收塔流出的不含氨的氣體吹入所述磷沉淀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(jìn)氣口相連，用于將從所述磷沉淀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(kāi)有進(jìn)液口，底部還開(kāi)有出液口，用于與所述酸液箱完成酸液的循環(huán)流動(dòng)，使得氨氣富集在酸液里。在第二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述磷沉淀脫氨器的頂部還開(kāi)有進(jìn)液孔，所述進(jìn)液孔用于在需要的時(shí)候加入堿液。結(jié)合第二方面或第二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述磷沉淀脫氨器內(nèi)裝有填料，以促進(jìn)白云石石灰或熟石灰與污水的混合反應(yīng)，并增加氣液接觸面積和接觸時(shí)間。結(jié)合第二方面、第二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式或第二方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述氨吸收塔內(nèi)裝有填料。第三方面提供了另一種污水處理與資源回收系統(tǒng)，包括污水管道、反應(yīng)器、脫氨塔、氨吸收塔以及酸液箱，其中，所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一端與所述反應(yīng)器相連，用于將加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水輸入到所反應(yīng)器中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉淀物；所述反應(yīng)器的上部和底部分別開(kāi)有出液口，其中，位于上部的出液口與所述脫氨塔頂部的進(jìn)液口相連，用于將污水上清液輸入到所述脫氨塔中；位于底部的出液口用于流出沉淀物；所述脫氨塔的頂部還開(kāi)有出氣口，底部開(kāi)有進(jìn)氣口和出液口，所述出氣口與所述氨吸收塔底部的進(jìn)氣口相連，用于將含氨氣體輸入到氨吸收塔中；所述進(jìn)氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用于將氨吸收塔輸出的除氨氣體吹入所述脫氨塔中；所述出液口用于排放處理后的水；
所述氨吸收塔的頂端還開(kāi)有進(jìn)液口，底部還開(kāi)有出液口，用于與所述酸液箱完成酸液的循環(huán)流動(dòng)，使得氨氣富集在酸液里。在第三方面的第一種可能實(shí)現(xiàn)方式中，所述反應(yīng)器的頂部還開(kāi)有進(jìn)液孔，所述進(jìn)液孔用于在需要的時(shí)候加入堿液。結(jié)合第三方面或第三方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第三方面的第一種可能實(shí)現(xiàn)方式中，所述反應(yīng)器是沉淀反應(yīng)器或是流化床反應(yīng)器。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明利用白云石石灰或白云石熟石灰為沉淀劑和pH調(diào)節(jié)劑，同時(shí)除去污水中的磷和銨氮，將污水中的磷富集在反應(yīng)固體產(chǎn)物里，將污水中的銨氮富集在液體中，經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水的處理和資源的回收。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是采用本發(fā)明一實(shí)施例方法進(jìn)行批式處理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖2是采用本發(fā)明一實(shí)施例方法獲得的反應(yīng)產(chǎn)物的掃描電鏡照片和該產(chǎn)物的能量色散X-射線(xiàn)光譜圖；圖3是本發(fā)明一實(shí)施例方法的處理過(guò)程中污水的pH值的變化曲線(xiàn)圖；圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種污水處理與資源回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意
圖5a_5d為采用圖4實(shí)施例提供的污水處理與資源回收系統(tǒng)，在不同條件下得到的除磷和除氨的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)圖；圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種污水處理與資源回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為采用圖6實(shí)施例提供的污水處理與資源回收系統(tǒng)得到的除磷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本實(shí)施例的污水處理與資源回收方法可以包括:步驟1.1、將足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待處理的污水中；具體地，白云石須在600°C-1500°C煅燒2-12小時(shí)，將白云石中50%以上碳酸鈣鎂轉(zhuǎn)化為氧化鈣鎂，才能有效地處理污水中的磷酸根和銨?？蛇x地，可以將煅燒后的白云石石灰粉碎成直徑小于IOmm的顆粒或粉狀，以提高水處理時(shí)的反應(yīng)速度和白云石石灰的利用率以有效地去處污水中的磷酸根和銨。進(jìn)一步地，為了提高白云石石灰的利用率，可將白云石石灰水解制成白云石熟石灰粉或漿液來(lái)處理污水中的磷酸根和銨。當(dāng)步驟1.1采用白云石石灰或白云石熟石灰漿液時(shí)，可先向所述白云石石灰或白云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云石石灰或白云石熟石灰漿液加入待處理的污水中，以進(jìn)一步提高白云石石灰的利用率和水處理的反應(yīng)速度?？蛇x地，酸液可以為鹽酸、碳酸、硫酸、廢磷酸等。具體地，當(dāng)米用白z 石石灰時(shí)，每升污水加入的白z 石石灰的劑量與每升污水中磷酸根含量的比例聞?dòng)?.75 ;當(dāng)米用白z 石熟石灰時(shí)，每升污水中加入的熟石灰的劑量與每升污水中磷酸根含量的比例高于1.0,以獲得較高除磷和銨效率。具體地，由于白云石石灰或白云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污水的PH值。因此，要加入足夠劑量的白云石石灰或白云石熟石灰以將污水的PH值的提高到8.5以上，從而有效地去除污水中銨?？蛇x地，其它堿性化合物，如氫氧化鈉，可作為輔助劑加入被處理的污水中，將污水的PH值調(diào)高到8.5以上，以有效地去除水中的磷和銨。堿性化合物的加入點(diǎn)應(yīng)在白云石石灰或熟石灰的加入點(diǎn)之后，以免影響白云石石灰或熟石灰的利用率以及除磷和銨的效率。步驟1.2、將白云石石灰或白云石熟石灰與所述污水充分混合反應(yīng)5 240min ；具體地，將適量白云石石灰或白云石熟石灰加入被處理的污水并將污水的pH值調(diào)至適當(dāng)范圍內(nèi)后，要充分混合5 240min，使得白云石石灰或白云石熟石灰與污水中的磷和銨充分反應(yīng)，生成磷酸銨鎂沉淀、磷酸鈣沉淀和氨分子。在該步驟中白云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(yīng)生成新的固體沉淀。由于此時(shí)水中的磷酸根和銨還與白云石石灰或熟石灰固體顆粒表面的鎂鈣反應(yīng)生成表面沉淀，因此，如果混合不充分或PH值過(guò)高，那么大量新生成的表面沉淀將阻止白云石石灰或熟石灰固體顆粒的進(jìn)一步溶解和反應(yīng)，從而降低了白云石石灰和熟石灰的利用率，也降低了反應(yīng)固體產(chǎn)物中磷和銨的含量，即降低產(chǎn)品有效成分含量。所以加入白云石石灰或白云石熟石灰可以用機(jī)械攪拌或者利用流化床或循環(huán)流動(dòng)以促使白云石石灰或白云石熟石灰與污水進(jìn)行充分混合，從而產(chǎn)生高品位，有經(jīng)濟(jì)價(jià)值磷銨固體產(chǎn)品。步驟1.3、將反應(yīng)產(chǎn)生的固體產(chǎn)物從被處理的污水中分離出來(lái)；可選地，該步驟可以在沉降器中或流化床反應(yīng)器中完成。在沉降器里的沉降時(shí)間為2(Tl20min，以高效率地收集固體產(chǎn)物，并充分降低處理后水中的磷氮含量。流化床反應(yīng)器上部沉降區(qū)的被處理的污水的上升流線(xiàn)性流速低于0.6cm/min,以使固體產(chǎn)物沉降在流化床反應(yīng)器底部。從沉降器或流化床反應(yīng)器底部收集的沉淀物，將用離心和過(guò)濾法脫水并干燥后，制成磷銨固體產(chǎn)品。步驟1.4、用脫氨塔將被處理的污水中的氨分子脫離到氣相中；可選地，白Z 石石灰或熟石灰與污水反應(yīng)的另一種產(chǎn)物是氨分子。為了聞效率地將水中的銨離子轉(zhuǎn)化成氨分子，需要加入足夠的白云石石灰或熟石灰，或附加其它堿化合物將被處理的污水的PH值提高到9以上?？梢杂妹摪彼⑽鬯械陌狈肿用撾x到氣相中。由于水中的銨離子向氨分子的轉(zhuǎn)化和脫氨速度比磷銨固體產(chǎn)生速度快，白云石石灰或熟石灰溶解，磷酸銨鎂和磷酸鈣沉淀反應(yīng)，和脫氨處理可以在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)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(jìn)行吸收。具體地，為了將脫出的氨氣轉(zhuǎn)化成銨肥產(chǎn)品，從脫氨塔吹出的含有氨的氣體將通過(guò)一個(gè)氨吸收塔，將氨氣吸收到酸液里。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?？蛇x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(gè)閉路循環(huán)，將氨氣不斷的轉(zhuǎn)移富集在酸液里，而不向環(huán)境排放任何氣體。白云石石灰和白云石熟石灰的化學(xué)成分分別為氧化鎂鈣和氫氧化鎂鈣。當(dāng)將其加入污水中后，其中的鎂與污水中的磷酸根和銨生成非常穩(wěn)定的磷酸銨鎂沉淀，是白云石石灰高效除磷酸根的主要元素。其中的鈣也與污水中的磷酸根生成磷酸鈣沉淀。白云石是一種普遍存在的礦物。它比已有的污水除磷技術(shù)中采用的鎂鹽和鎂氧化物價(jià)錢(qián)低，比用普通石灰(氧化鈣)和其它鈣化合物除磷效果好。采用白云石石灰或白云石熟石灰處理污水的同時(shí)，還能夠提高污水的PH值，將污水中的銨轉(zhuǎn)化成氨氣，從而方便氨氣的脫出。圖1是采用本實(shí)施例方法進(jìn)行的批式處理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示了當(dāng)白云石石灰劑量為0.1，0.3，0.5，0.8g/l時(shí)，被處理的污水中的磷濃度隨混合時(shí)間的變化。本實(shí)驗(yàn)采用的污水是生活污水處理廠(chǎng)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(shí)驗(yàn)時(shí)，將不同劑量的白云石石灰加入?yún)捬跸?，在連續(xù)混合條件下，定時(shí)取樣分析被處理的厭氧消化液中的溶解態(tài)磷酸根濃度和PH值。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明處理該污水的最佳石灰劑加入量為0.5g/l。磷濃度在2小時(shí)內(nèi)從原水中的IlOmg/I降低到8mg/l。圖2是反應(yīng)產(chǎn)物的掃描電鏡照片和該產(chǎn)物的能量色散X-射線(xiàn)光譜圖。將收集的固體產(chǎn)物干燥后，做化學(xué)分析的結(jié)果證明固體產(chǎn)物含磷量為8%P，或相當(dāng)于24%磷酸根。化學(xué)分析和能量色散X-射線(xiàn)光譜法分析結(jié)果證明該固體產(chǎn)物也含有較高的氨氮和少量鉀。由于這三個(gè)元素是化肥中的主要有效成分，因此該產(chǎn)物可以作為肥料。圖3是處理過(guò)程中污水的pH值的變化曲線(xiàn)圖。如圖3所示，污水的pH值隨白云石石灰加量的增加而顯著地提高。在4小時(shí)的混合過(guò)程中，污水的pH值也逐漸提高。圖4為本發(fā)明另 一實(shí)施例提供的一種污水處理與資源回收系統(tǒng)40，如圖4所示，該系統(tǒng)包括磷沉淀脫氨器41、固液分離器42、氨吸收塔43、酸液箱44、污水管道45，其中，所述污水管道45的一端加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，使得白云石石灰或白云石熟石灰能夠與污水在污水管道45內(nèi)快速混合反應(yīng)。另一端與所述磷沉淀脫氨器41的頂部相連，用于將加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水輸入到所述磷沉淀脫氨器41中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉淀物以及完成銨離子到氨分子轉(zhuǎn)化過(guò)程和脫氨過(guò)程;所述磷沉淀脫氨器41的底部開(kāi)有進(jìn)氣口 411和出液口 412，頂部開(kāi)有出氣口 413，所述進(jìn)氣口 411與所述氨吸收塔43頂部的出氣口 431相連，用于將從氨吸收塔43流出的不含氨的氣體吹入所述磷沉淀脫氨器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(jìn)氣口 432相連，用于將從所述磷沉淀脫氨器41流出的含有氨的氣體輸送到所述氨吸收塔43中；具體地，磷酸銨鎂磷酸鈣沉淀生成，銨離子到氨分子轉(zhuǎn)化和脫氨過(guò)程在磷沉淀脫氨器41內(nèi)一步完成。反應(yīng)后水從磷沉淀脫氨器41的底部流入固液分離器42，將產(chǎn)生的固體產(chǎn)物與液體分開(kāi)?？諝鈴牧壮恋砻摪逼?1的底部吹入，將水中的氨剝離到氣相。含有氨的氣體從磷沉淀脫氨器41的頂部流出，然后從底部流入氨吸收塔41。
進(jìn)一步地，如果需要時(shí)，將堿液加入磷沉淀脫氨器41內(nèi)以輔助提高水的pH值。磷沉淀脫氨器41內(nèi)裝有填料，以促進(jìn)白云石石灰或熟石灰與污水混合反應(yīng)，并增加氣液接觸面積和接觸時(shí)間。所述氨吸收塔43的頂部還開(kāi)有進(jìn)液口 433，底部還開(kāi)有出液口 434，用于與所述酸液箱44完成酸液的循環(huán)流動(dòng)，使得氨氣富集在酸液里。具體地，脫氨后的氣體從氨吸收塔43的頂部流出后，再被吹入磷沉淀脫氨器41，以完成氣體的閉路循環(huán)使用。酸液從氨吸收塔43的頂部流入，從底部流出，并在氨吸收塔43與酸液箱44之間連續(xù)循環(huán)流動(dòng)，將氨氣富集在酸液里。圖5a_5d為采用本實(shí)施例提供的污水處理與資源回收系統(tǒng)40，在不同條件下得到的除磷和除氨的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)圖。其中 ，圖5a和圖5b分別是采用本實(shí)施例提供的系統(tǒng)40得到的除磷和除氨結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)的白云石石灰用量為0.5g/l，采用氫氧化鈉溶液控制被處理的污水(本實(shí)驗(yàn)采用厭氧消化液)的pH約為9.5。如圖5a和圖5b所示，污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(shí)，約75%的氨被從污水中除去(原厭氧消化液中含有約1000毫克/升氨)。圖5c和圖5d也分別是采用本實(shí)施例提供的系統(tǒng)40得到的除磷和除氨結(jié)果。如圖5a的數(shù)據(jù)表明當(dāng)白云石石灰用量為1.2克/升時(shí)，污水的pH約為9。處理開(kāi)始40分鐘之內(nèi)，處理后污水中的磷酸根含量高于IOmg— P / I。水中的磷酸根含量隨時(shí)間增長(zhǎng)而降低。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到2小時(shí)后，出水磷濃度降低到5mg -P / I。當(dāng)白云石石灰用量為1.7g / I時(shí)，污水的pH約為9.5。處理后污水中的磷酸根含量迅速降低到5mg — P / I。圖5d的數(shù)據(jù)表明當(dāng)白云石石灰用量為1.7克/升時(shí)，約70%的氨被從污水中除去。當(dāng)白云石石灰用量為1.2克/升時(shí)，氨去處率為40 — 50% (厭氧消化液中含有約1000毫克/升氨)。處理過(guò)程中用于吸收氨氣的硫酸溶液的pH值控制在低于4。酸液中硫酸銨的濃度可以富集到高于70%。鹽酸和碳酸溶液也可以用來(lái)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干燥成固體產(chǎn)物后作為化肥和化工原料。圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的一種污水處理與資源回收系統(tǒng)60，如圖6所示，該系統(tǒng)包括污水管道61、反應(yīng)器62、脫氨塔63、氨吸收塔64以及酸液箱65，其中，所述污水管道61的一端加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一端與所述反應(yīng)器62相連,用于將加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水輸入到所述反應(yīng)器62中以生成磷酸銨鎂磷酸鈣的沉淀物；所述反應(yīng)器62的上部和底部分別開(kāi)有出液口，其中，位于上部的出液口 621與所述脫氨塔63頂部的進(jìn)液口 631相連，用于將污水上清液輸入到所述脫氨塔63中；位于底部的出液口 622用于流出沉淀物；所述脫氨塔63的頂部還開(kāi)有出氣口 632，底部開(kāi)有進(jìn)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(jìn)氣口 641相連，用于將含氨氣體輸入到氨吸收塔64中；所述進(jìn)氣口 633與所述氨吸收塔64頂部的出氣口 642相連，用于將氨吸收塔64輸出的除氨氣體吹入所述脫氨塔65中；所述出液口 634用于排放處理后的水；所述氨吸收塔64的頂端還開(kāi)有進(jìn)液口 643，底部還開(kāi)有出液口 644，用于與所述酸液箱65完成酸液的循環(huán)流動(dòng)，使得氨氣富集在酸液里?？蛇x地，所述反應(yīng)器62可以是沉淀反應(yīng)器或是流化床反應(yīng)器。當(dāng)采用沉淀反應(yīng)器時(shí)，污水管道61與沉淀反應(yīng)器的中上部相連，并且，當(dāng)需要通過(guò)加堿液來(lái)調(diào)節(jié)污水的pH值時(shí)，輔助堿液由沉淀反應(yīng)器的上部加入。當(dāng)采用流化床反應(yīng)器時(shí)，污水管道61與流化床反應(yīng)器的底部相連，并且，當(dāng)需要加入堿液來(lái)調(diào)節(jié)污水的PH值時(shí)，輔助堿液由流化床反應(yīng)器的中下部加入。
具體地，處理時(shí)將白云石石灰或白云石熟石灰加入污水管道61內(nèi)與污水快速混合反應(yīng)后，污水進(jìn)入反應(yīng)器62中充分反應(yīng)IOmirTlSOmin后生成磷酸銨鎂磷酸鈣沉淀。固體產(chǎn)物沉降后，從反應(yīng)器62底部的出液口 622流出，并被收集。如果需要時(shí)，將堿液加入反應(yīng)器62輔助提高水的pH值。該反應(yīng)器62頂上用蓋封住，以防止氨氣從污水散發(fā)到空氣里。污水上清液從反應(yīng)器的頂部的出液口 621進(jìn)入內(nèi)裝有填料的脫氨塔63。氨吸收塔64的處理流程與上一實(shí)施例中的氨吸收塔43相同。圖7為采用本實(shí)施例提供的污水處理與資源回收系統(tǒng)60得到的除磷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線(xiàn)圖。其中反應(yīng)器采用了流化床反應(yīng)器，流化床反應(yīng)器內(nèi)徑為5厘米，高45厘米，底部成錐狀。流化床反應(yīng)器處理過(guò)程中，含有不同白云石石灰劑量的厭氧消化液從反應(yīng)器底部以7ml / min的流速連續(xù)輸入。液體在反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間是兩小時(shí)。圖7的數(shù)據(jù)表明當(dāng)處理時(shí)間為兩小時(shí)，出水磷濃度約為20 - 30mg/l。用lg/Ι的白云石石灰處理時(shí)，出水磷濃度比用0.5g/l和0.7g/l的白云石石灰處理時(shí)低。隨處理時(shí)間增長(zhǎng)，低加藥量處理出水磷濃度逐漸降低，并與lg/Ι的白云石石灰處理水磷濃度接近。本發(fā)明利用白云石石灰或白云石熟石灰為沉淀劑和pH調(diào)節(jié)劑，同時(shí)除去污水中的磷和銨氮，將污水中的磷富集在反應(yīng)固體產(chǎn)物里，將污水中的銨氮富集在液體中，經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水的處理和資源的回收。在上述實(shí)施例中，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有詳述的部分，可以參見(jiàn)其他實(shí)施例的相關(guān)描述。最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種污水處理與資源回收的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟1.1、將足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待處理的污水中； 步驟1.2、將白云石石灰或白云石熟石灰與所述污水充分混合反應(yīng)5 240min ； 步驟1.3、將反應(yīng)產(chǎn)生的固體產(chǎn)物從被處理的污水中分離出來(lái)； 步驟1.4、用脫氨塔將被處理的污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(jìn)行吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1.1中的白云石石灰是直徑小于IOmm的白云石石灰顆?；虬自剖曳勰?。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的 方法，其特征在于:當(dāng)所述步驟1.1采用白云石石灰時(shí)，每升污水加入的白云石石灰的劑量與每升污水中磷酸根含量的比例高于0.75，并使得被處理的污水的pH值大于8.5 ;當(dāng)所述步驟1.1采用白云石熟石灰時(shí)，每升污水加入的白云石熟石灰的劑量與每升污水中磷酸根含量的比例高于1.0，并使得被處理的污水的pH值大于8.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述步驟1.1中的白云石熟石灰可以是白云石熟石灰粉或白云石熟石灰漿液；當(dāng)所述步驟1.1采用的是白云石石灰或白云石熟石灰漿液時(shí)，可先向所述白云石石灰或白云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云石石灰或白云石熟石灰漿液加入待處理的污水中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述步驟1.1還包括:在加入白云石石灰或白云石熟石灰之后，將堿性化合物作為輔助劑加入被處理的污水中使得被處理的污水的pH值高于8.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述步驟1.3可以在沉降器中或流化床反應(yīng)器中完成，其中，當(dāng)在沉降器中完成時(shí)，沉降時(shí)間為2(Tl20min;當(dāng)在流化床反應(yīng)器中完成時(shí)，被處理的污水在流化床反應(yīng)器上部沉降區(qū)的上升流線(xiàn)性流速低于0.6cm /mirio
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，用離心和過(guò)濾法對(duì)從所述沉降器或所述流化床反應(yīng)器底部收集的沉淀物進(jìn)行脫水并干燥后，制成磷銨固體產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，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。
9.一種污水處理與資源回收的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括磷沉淀脫氨器、固液分離器、氨吸收塔、酸液箱、污水管道，其中， 所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一端與所述磷沉淀脫氨器的頂部相連，用于將加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水輸入到所述磷沉淀脫氨器中以生成磷酸銨鎂及磷酸鈣的沉淀物以及完成銨離子到氨分子的轉(zhuǎn)化過(guò)程和脫氨過(guò)程； 所述磷沉淀脫氨器的底部開(kāi)有進(jìn)氣口和出液口，頂部開(kāi)有出氣口，所述進(jìn)氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用于將從氨吸收塔流出的不含氨的氣體吹入所述磷沉淀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(jìn)氣口相連，用于將從所述磷沉淀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(kāi)有進(jìn)液口，底部還開(kāi)有出液口，用于與所述酸液箱完成酸液的循環(huán)流動(dòng)，使得氨氣富集在酸液里。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磷沉淀脫氨器的頂部還開(kāi)有進(jìn)液孔，所述進(jìn)液孔用于在需要的時(shí)候加入堿液。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述磷沉淀脫氨器內(nèi)裝有填料，以促進(jìn)白云石石灰或熟石灰與污水的混合反應(yīng)，并增加氣液接觸面積和接觸時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氨吸收塔內(nèi)裝有填料。
13.—種污水處理與資源回收的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括污水管道、反應(yīng)器、脫氨塔、氨吸收塔以及酸液箱，其中， 所述污水管道的一端用于加入污水以及白云石石灰或白云石熟石灰，另一端與所述反應(yīng)器相連，用于將加有白云石石灰或白云石熟石灰的污水輸入到所述反應(yīng)器中以生成磷酸銨鎂及磷酸鈣的沉淀物； 所述反應(yīng)器的上部和底部分別開(kāi)有出液口，其中，位于上部的出液口與所述脫氨塔頂部的進(jìn)液口相連，用于將污水上清液輸入到所述脫氨塔中；位于底部的出液口用于流出沉淀物； 所述脫氨塔的頂部還開(kāi)有出氣口，底部開(kāi)有進(jìn)氣口和出液口，所述出氣口與所述氨吸收塔底部的進(jìn)氣口相連，用于將含氨氣體輸入到氨吸收塔中；所述進(jìn)氣口與所述氨吸收塔頂部的出氣口相連，用于將氨吸收塔輸出的除氨氣體吹入所述脫氨塔中；所述出液口用于排放處理后的水； 所述氨吸收塔的頂端還開(kāi)有進(jìn)液口，底部還開(kāi)有出液口，用于與所述酸液箱完成酸液的循環(huán)流動(dòng)，使得氨氣富集在酸液里。
14.根據(jù) 權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器的頂部還開(kāi)有進(jìn)液孔，所述進(jìn)液孔用于在需要的時(shí)候加入堿液。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器是沉淀反應(yīng)器或是流化床反應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種污水處理與資源回收的方法和系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)除去污水中的磷和氮化合物，并將其富集成可利用的磷氮產(chǎn)物。本發(fā)明的方法包括步驟1.1、將足量的白云石石灰或白云石熟石灰加入待處理的污水中；步驟1.2、將白云石石灰或白云石熟石灰與被處理的污水充分混合5~240min；步驟1.3、將反應(yīng)產(chǎn)生的固體產(chǎn)物從被處理的水中分離出來(lái)；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(jìn)行吸收。本發(fā)明利用白云石石灰或白云石熟石灰為沉淀劑和pH調(diào)節(jié)劑，同時(shí)除去污水中的磷和銨氮，將污水中的磷富集在反應(yīng)固體產(chǎn)物里，將污水中的銨氮富集在液體中，經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水的處理和資源的回收。
文檔編號(hào)C02F9/04GK103145262SQ20131001001
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者孟曉光, 宋永會(huì) 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 孟曉光