申请日20200302
公开(公告)日20200609
IPC分类号C02F1/52; B01D9/00; B01D9/02; C01B25/32; C01B25/45; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置及方法，一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，包括污水池、曝气扰动式诱导结晶反应器和药剂池;其中污水池和药剂池分别与曝气扰动式诱导结晶反应器连通;采用曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的方法主要包括设备连接、泵入反应物、曝气反应和分离回收四个步骤，可实现污水中氮、磷资源的去除和回收;采用诱导结晶的方式，回收产物效率高、纯度高，晶种易于分离和回收;以石英砂作为诱导结晶晶种，材料便宜，可与回收产物一同直接应用于农业，作为农作物的缓释肥料;本发明不仅避免了水体富营养化，还能实现资源的循环利用，具有经济和环境双重效益。
权利要求书
1.一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，包括污水池、曝气扰动式诱导结晶反应器和药剂池;其中所述污水池和所述药剂池分别与所述曝气扰动式诱导结晶反应器连通;
所述曝气扰动式诱导结晶反应器包括曝气升流筒和结晶反应筒;所述结晶反应筒置于所述曝气升流筒内，并且能够自由分离;所述曝气升流筒侧壁上开设有与进水口、出水口和进药口，所述进水口通过进水管道与所述污水池连通，所述进药口通过进药管道与所述药剂池连通，并且所述进水管道和所述进药管道上均设置有计量型蠕动泵;所述曝气升流筒底部设置有曝气装置;
所述结晶反应筒为顶部开口结构，所述结晶反应筒的筒壁和筒底均匀开设有多个等内径的通孔，并且所述结晶反应筒的筒壁和筒底包裹一层丝网;所述结晶反应筒内添加有诱导结晶晶种。
2.根据权利要求1所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述药剂池包括钙离子药剂池和镁离子药剂池;所述进药口设置有两个，两个所述进药口分别通过进药管道和计量型蠕动泵与所述钙离子药剂池和镁离子药剂池连通。
3.根据权利要求2所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述污水池内盛放有含磷污水或盛放有同时含氮和磷的污水。
4.根据权利要求1所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述诱导结晶晶种为石英砂，石英砂粒径在0.10～0.30mm之间，添加量为30～60g/L。
5.根据权利要求1所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述丝网为200目不锈钢丝网。
6.根据权利要求1所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述曝气装置上方设置有防水透气膜，实现气水分离。
7.根据权利要求1所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述通孔直径为0.5cm。
8.根据权利要求1所述的一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，其特征在于，所述曝气装置的曝气量控制在1.0～3.0L/min。
9.一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，设备连接：将污水池和药剂池分别与曝气扰动式诱导结晶反应器连通，并向曝气扰动式诱导结晶反应器的结晶反应筒内加入石英砂作为诱导结晶晶种，石英砂粒径在0.10～0.30mm之间，添加量为30～60g/L;
步骤二，泵入反应物：利用计量型蠕动泵按照一定比例把污水池中污水和药剂池中药剂同时泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内;
步骤三，曝气反应：开启曝气装置，曝气量控制在1.0～3.0L/min，在曝气扰动作用下实现反应体系的充分混合和pH的提升，诱导结晶反应同时进行;曝气反应过程中，曝气扰动式诱导结晶反应器内反应体系的水溶液通过结晶反应筒筒壁的通孔流出，诱导结晶晶种则被不锈钢丝网拦截，实现固液分离;
步骤四，分离回收：当诱导结晶晶种吸附饱和后，停止曝气，静止沉淀10～30min后，取出结晶反应筒，倒出并回收诱导结晶晶种及其表面结晶产物，并且曝气升流筒内水经出水口排出。
10.根据权利要求9中所述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的方法中，其特征在于，在所述步骤二中，当所述污水池内污水为含磷污水时，将钙离子药剂池中药剂泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，进行除磷处理;
当所述污水池内污水为同时含氮和磷的污水时，将钙离子药剂池中药剂泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，仅进行除磷处理;或者将镁离子药剂池中药剂泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，同时进行除磷和除氮。
说明书
一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置及方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置及方法。
背景技术
氮、磷是水体富营养化的主要元素，但也属宝贵资源。随着世界人口增长和工农业生产快速发展，人们对氮、磷的需求量日益增大。而污水中含有“较丰富”的氮、磷,回收潜力巨大。如果将污水中的氮、磷回收，不仅能避免水体富营养化，还能实现资源的循环利用，具有经济和环境双重效益。
氮、磷的回收方法较多，例如吸附、化学沉淀、诱导结晶等。由于吸附法需要进行脱吸附和吸附剂的再生，生产成本较高;化学沉淀除磷法会产生大量沉淀污泥，且产物含水率高、纯度低以及回收难度较大;诱导结晶法是指通过在结晶反应器中加入适量的诱导结晶载体(晶种)降低反应界面能，然后投加特定的化学药剂使污水中的磷酸根离子或铵根离子和磷酸根离子同时以结晶形式析出在晶种表面。结晶产物便于分离且纯度较高，具有一定的优势。目前，诱导结晶回收污水中磷元素的方法主要有两种：鸟粪石(MAP)结晶法和羟基磷酸钙结晶法(HAP)。MAP法可以同时去除污水中高浓度的氨氮和磷酸盐，反应速度快，受水力条件和废水中悬浮物的影响小，其生成物MAP沉降性能好，并具有很高的利用价值，是目前回收废水中氮、磷元素研究领域的热点。城镇生活污水的氨氮浓度较低，因此很少采用MAP结晶回收城镇生活污水中的磷。HAP结晶回收污水中的磷的应用范围较广，可以处理不同浓度的含磷废水，但不能实现污水中氮元素的去除。
目前主要的氮、磷结晶反应器有DHV结晶反应器,CSIR流化床结晶柱和Kurita固定床结晶柱等,但是普遍都存在结晶效率低，产物含水量高和晶种分离效果差等缺点。以曝气为搅拌动力的流态化反应器因操作简单、无需添加碱性药剂提高反应体系pH、回收率高和产物纯度高等优点而备受关注。因此发明一种从污水中回收氮、磷效果好、产物品质高、成本低、操作简便的曝气扰动式诱导结晶反应器对水环境保护和资源回收具有重要意义。
因此，如何提供一种效率高、回收的产物品质高、经济成本低、操作方便的曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置及方法，将污水中含有“较丰富”的氮、磷进行回收，不仅避免了水体富营养化，还能实现资源的循环利用，具有经济和环境双重效益;
同时，本发明装置结构紧凑，操作简便，适用于羟基磷酸钙和磷酸铵镁结晶，对磷酸盐和氨氮有高效的去除和回收效果，回收产品纯度高，应用前景良好。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置，包括污水池、曝气扰动式诱导结晶反应器和药剂池;其中所述污水池和所述药剂池分别与所述曝气扰动式诱导结晶反应器连通;
所述曝气扰动式诱导结晶反应器包括曝气升流筒和结晶反应筒;所述结晶反应筒置于所述曝气升流筒内，并且能够自由分离;所述曝气升流筒侧壁上开设有与进水口、出水口和进药口，所述进水口通过进水管道与所述污水池连通，所述进药口通过进药管道与所述药剂池连通，并且所述进水管道和所述进药管道上均设置有计量型蠕动泵;所述曝气升流筒底部设置有曝气装置;
所述结晶反应筒为顶部开口结构，所述结晶反应筒的筒壁和筒底均匀开设有多个等内径的通孔，并且所述结晶反应筒的筒壁和筒底包裹一层丝网;所述结晶反应筒内添加有诱导结晶晶种。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述药剂池包括钙离子药剂池和镁离子药剂池;所述进药口设置有两个，两个所述进药口分别通过进药管道和计量型蠕动泵与所述钙离子药剂池和镁离子药剂池连通。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述污水池内盛放有含磷污水或盛放有同时含氮和磷的污水。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述诱导结晶晶种为石英砂，石英砂粒径在0.10～0.30mm之间，添加量为30～60g/L。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述丝网为200目不锈钢丝网，可实现液体自由扩散和晶种的拦截。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述曝气装置上方设置有防水透气膜，实现气水分离。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述通孔直径为0.5cm。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置中，所述曝气装置的曝气量控制在1.0～3.0L/min。
一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的方法，包括以下步骤：
步骤一，设备连接：将污水池和药剂池分别与曝气扰动式诱导结晶反应器连通，并向曝气扰动式诱导结晶反应器的结晶反应筒内加入石英砂作为诱导结晶晶种，石英砂粒径在0.10～0.30mm之间，添加量为30～60g/L;
步骤二，泵入反应物：利用计量型蠕动泵按照一定比例把污水池中污水和药剂池中药剂同时泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内;
步骤三，曝气反应：开启曝气装置，曝气量控制在1.0～3.0L/min，在曝气扰动作用下实现反应体系的充分混合和pH的提升，诱导结晶反应同时进行;曝气反应过程中，曝气扰动式诱导结晶反应器内反应体系的水溶液通过结晶反应筒筒壁的通孔流出，诱导结晶晶种则被不锈钢丝网拦截，实现固液分离;
步骤四，分离回收：当诱导结晶晶种吸附饱和后，停止曝气，静止沉淀10～30min后，取出结晶反应筒，倒出并回收诱导结晶晶种及其表面结晶产物，并且曝气升流筒内水经出水口排出。
优选的，在上述一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的方法中，在所述步骤二中，当所述污水池内污水为含磷污水时，将钙离子药剂池中药剂泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，进行除磷处理;
当所述污水池内污水为同时含氮和磷的污水时，将钙离子药剂池中药剂泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，仅进行除磷处理;或者将镁离子药剂池中药剂泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，同时进行除磷和除氮处理。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的装置及方法，将污水和药剂同时泵入曝气扰动式诱导结晶反应器内，反应体系采用曝气扰动，反应体系呈流态化，有利于结晶反应的进行，同时曝气能提升反应体系pH值，因而无需添加氢氧化钠提高反应体系的pH;诱导结晶体系饱和后，对结晶产物进行回收。
采用曝气扰动式诱导结晶回收污水中氮磷的方法主要包括设备连接、泵入反应物、曝气反应和分离回收四个步骤，可实现污水中氮、磷资源的去除和回收;采用诱导结晶的方式，回收产物效率高、纯度高，晶种易于分离和回收;以石英砂作为诱导结晶晶种，材料便宜，可与回收产物一同直接应用于农业，作为农作物的缓释肥料;
本发明装置结构紧凑，操作简便，占地面积和能耗小，产物分离高效，适用于羟基磷酸钙和磷酸铵镁结晶，对磷酸盐和氨氮有高效的去除和回收效果，回收产品纯度高，应用前景良好。（发明人代洪亮;廖志民;周荣忠;陈勇;陶涛;谢锦文;代振鹏;易佳璐;胡姣姣;刘玉娇;程音弘）
