申请日2016.04.08
公开(公告)日2016.08.10
IPC分类号C02F9/04; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，具体操作为首先利用强碱性溶液将待处理老龄渗滤液的pH调整到9.5‑11;之后，按照所述老龄渗滤液中氨氮的浓度，投加理论计算值的1.1‑1.3倍的可溶性磷酸盐和镁盐;对生成的磷酸铵镁进行热解处理，回收氨气;热解后的磷酸铵镁固体产物重复用于后续批次渗滤液中氨氮的去除，循环过程中不再投加可溶性磷酸盐和镁盐。按照公式R=100×0.965n计算氨氮去除率，可以确定鸟粪石循环利用次数。本发明提供的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法操作简单、设备安全，通过多次热解回用可以大幅降低工艺成本。
权利要求书
1.一种利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
(1)利用强碱性溶液将待处理老龄渗滤液的pH调整到9.5-11;
(2)按照所述老龄渗滤液的氨氮的浓度，投加所述老龄渗滤液中需要投加的理论计算值的1.1-1.3倍可溶性磷酸盐和镁盐药剂进行反应;
(3)对生成的磷酸铵镁进行热解处理，回收氨气，剩余的固体物质回用，代替步骤(2)中的所述可溶性磷酸盐和镁盐药剂，用于对老龄渗滤液中的氨氮进行吸收;所述的热解处理包括以下步骤：首先将步骤(2)得到的磷酸铵镁固体沉淀在60-70℃干燥10-14小时，去除水分;然后将干燥后的固体在100-120℃的环境下进行热解，热解时间为4-5小时;
(4)循环进行(1)和(3)步骤处理后续批次老龄渗滤液。
2.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，所述老龄渗滤液为：化学需氧量COD在1000-4000mg/L之间，氨氮NH3-N浓度在700-3000mg/L之间，生化需氧量BOD在200mg/L以下。
3.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，投加所述可溶性磷酸盐和镁盐药剂之后，常温搅拌20-30分钟，然后重力沉降30-50分钟，沉淀下来的固体为磷酸铵镁混合物。
4.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，所述可溶性磷酸盐或镁盐药剂的投加量的计算方法为：
G=C·M·r·V/14000，
其中：G为最终投加的可溶性磷酸盐或镁盐的质量，计量单位为g;
C为老龄渗滤液中氨氮浓度，以N计，计量单位为mg/L;
M为所述可溶性磷酸盐或镁盐的摩尔质量，计量单位为g/mol;
V为待处理老龄渗滤液的体积，计量单位为L;
r为安全系数，取值范围为1.1-1.3，无量纲。
5.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，所述步骤(4)的循环过程中不再投加可溶性磷酸盐和镁盐药剂。
6.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，对所述步骤(3)中热解产生的尾气氨气进行收集，并资源化处理。
7.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，氨氮去除率与热解重复次数有如下关系：
R=100×0.965n
式中：R为氨氮去除率;
n为热解重复次数。
8.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，所述可溶性磷酸盐和镁盐药剂分别为NaH2PO4.2H2O和氯化镁。
9.根据权利要求1所述的利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，其特征在于，所述强碱性溶液为氢氧化钠。
说明书
一种利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法
技术领域
本发明涉及到生活垃圾渗滤液处理领域，具体是利用鸟粪石生成机理去除老龄渗滤液中的氨氮。
背景技术
卫生填埋是世界范围内处理生活垃圾的主流方式。然而在这个工艺过程中，渗滤液的产生是不可以避免的。伴随着中国城市化进程速度的逐渐加快，城市生活垃圾的产生量与日俱增，相应产生的城市生活垃圾填埋场的填埋量以及生活垃圾收集、运输、处理和处置过程中渗滤液的产生量也大幅增加。各类渗滤液，包括中转站渗滤液、填埋场渗滤液、焚烧厂渗滤液等的有效处理都成为了当下需要积极处理的难题。
填埋场渗滤液具有氨氮含量高、水溶性有机物含量高，且水质水量变化大的特点。常规的或者单一的生物或物化处理工艺难以使得渗滤液处理出水达到相应的排放标准。生活垃圾填埋场渗滤液的水质水量的差异主要源于填埋龄的不同。正在作业或者完成封场不久的填埋场，堆体中的生活垃圾正处于水解酸化阶段，大量有机质和生物氮转化为有机酸和氨氮，此时的渗滤液中污染物浓度极高;而填埋场封场多年后，在长期的厌氧环境中，有机物被大量的分解或者高度腐殖化、水质趋于稳定，称为老龄渗滤液，其中虽然有机物浓度较之前有所降低，但是氨氮浓度一般都会呈现大幅升高的趋势。这也就导致了该类老龄渗滤液更加难以处理。
发明内容
本发明提供一种对老龄渗滤液中氨氮处理后得到的鸟粪石通过热解进行循环利用的方法，从而降低工艺的运行成本。本发明提供一种利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，该方法是利用磷酸根离子、镁离子和铵根离子生成微溶于水的磷酸铵镁，从而去除掉老龄渗滤液中氨氮，并设计、优化鸟粪石热解和循环的步骤降低该技术的成本。
本发明的技术方案如下：
一种利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法，主要包括如下步骤：
(1)利用强碱性溶液如氢氧化钠溶液将待处理老龄渗滤液的pH调整到9.5-11;
(2)按照所述老龄渗滤液的氨氮的浓度，投加所述老龄渗滤液中需要投加的理论计算值的1.1-1.3倍的可溶性磷酸盐和镁盐药剂如NaH2PO4.2H2O和氯化镁药剂进行反应;
(3)对步骤(2)生成的磷酸铵镁进行热解处理，回收氨气，热解后剩余的固体物质回用，代替步骤(2)中的所述可溶性磷酸盐和镁盐药剂药剂，用于对老龄渗滤液中的氨氮进行吸收;所述的热解处理包括以下步骤：首先将步骤(2)得到的磷酸铵镁固体沉淀在60-70℃的烘箱中干燥10-14小时，去除水分;然后将干燥后的固体混合物在100-120℃的环境下进行热解，热解时间为4-5小时;
(4)循环进行(1)和(3)步骤处理后续批次的老龄渗滤液。
上述方法所适用的老龄渗滤液为：化学需氧量(COD)在1000-4000之间，氨氮(NH3-N)浓度在700-3000之间，生化需氧量(BOD)在200mg/L以下。
上述方法步骤(2)中所投加的可溶性磷酸盐和镁盐均至少为化学纯试剂，投加量为理论计算量的1.1-1.3倍，投加量的计算方法为：
G=C·M·r·V/14000
其中：G为最终投加的可溶性磷酸盐和镁盐药剂如氯化镁或NaH2PO4.2H2O的质量，计量单位为g;
C为老龄渗滤液中氨氮浓度(以N计)，mg/L;
M为可溶性磷酸盐和镁盐的摩尔质量，g/mol;比如氯化镁的摩尔质量为95，NaH2PO4.2H2O的摩尔质量为156，其他类似药剂只需调整摩尔质量进行计算即可;
V为待处理老龄渗滤液的体积，L;
r为安全系数，1.1-1.3，无量纲。
在本发明的一实施例中，上述步骤(2)的反应条件为：投加所述药剂之后，常温搅拌20-30分钟，然后重力沉降30-50分钟，沉淀下来的固体为磷酸铵镁混合物。
所述步骤(4)的循环过程中不再投加可溶性磷酸盐和镁盐药剂。
在本发明的实施例中，对上述步骤(3)中热解产生的尾气氨气进行收集，并资源化处理。
本发明的方法对于老龄渗滤液中氨氮的去除效率随着上述步骤(4)的不断进行会出现逐渐下降的趋势。氨氮去除率与步骤(4)的重复次数有如下关系：
R=100×0.965n
式中：R为氨氮去除率;
n为步骤(4)重复次数。
可以根据上述公式，基于老龄渗滤液中氨氮去除率的要求设计步骤(4)中的(1)和(3)步骤的循环次数。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
第一，本发明的一种利用热循环鸟粪石法去除老龄渗滤液中氨氮的方法实施第一遍时可以实现95%以上的氨氮去除率;
第二，本发明提供的方法，具有氨氮去除速率快、操作简单的特点;
第三，本发明提供的方法，降低了步骤(3)中的热解温度，并且热解过程不需额外添加试剂，可以将工艺成本控制在很低的水平。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
鸟粪石法，又称MAP法，是一种传统的用于污水处理的化学沉淀法，利用磷酸根离子、镁离子和铵根离子生成微溶于水的磷酸铵镁，从而达到去除污水中氨氮和磷酸根的目的。生活垃圾渗滤液，特别是老龄渗滤液，属于高氨氮污染的有机废水，高浓度氨氮的存在对于生化工艺过程会产生很大的影响和抑制，采用鸟粪石法去除掉渗滤液中的氨氮，对于生化工艺是比较快速且高效的预处理方式。
当前鸟粪石工艺的改进热点在于通过提高产物的利用价值和降低药剂成本以提高工艺的可行性。本发明提供一种通过对吸收老龄渗滤液中氨氮得到的鸟粪石进行热解并重复利用的方法，从而降低工艺的运行成本。
在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
实验材料：
实验所用渗滤液取自上海某填埋场，其氨氮含量为750mg/L，COD为1890mg/L，生化需氧量(BOD)在200mg/L以下。
所用药剂包括六水合氯化镁、无水磷酸氢二钠，均为分析级纯度。
配制4mol/L的氢氧化钠水溶液。
实验过程：
(1)在500mL烧杯中投加400mL渗滤液，用氢氧化钠水溶液将渗滤液pH调整到10;
(2)在烧杯中分别投加4.56g六水合氯化镁和3.39g无水磷酸氢二钠，常温搅拌30分钟;
(3)之后，静置沉淀30分钟，滤掉渗滤液，沉淀混合物为获得的磷酸铵镁混合物;
(4)将上述的沉淀混合物在65℃的烘箱中干燥12小时，去除水分;然后在100℃的环境下进行热解，热解时间为4小时，热解产物用于重复使用;
(5)之后对于后续批次老龄渗滤液中氨氮的去除，重复步骤(1)的操作，之后将步骤(4)中的热解产物直接投入到后续一批次的老龄渗滤液中，不需要重新投加六水合氯化镁和无水磷酸氢二钠，常温搅拌30分钟，此后再重复步骤(3)和(4)，直至氨氮去除率不满足要求。