申请日2016.04.20
公开(公告)日2016.09.28
IPC分类号C02F9/04; C02F101/10; C02F101/16
摘要
一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，包括：构成装置主体的曝气区(1)、过渡区(2)、沉降区(3)和污泥区(4)，以及设置在装置主体外部的吸收区(5)，通过插入吸收区内部的管道与装置的主体连接。利用本发明装置处理污水，分别向曝气区中通入热空气和金属盐，使污水中的氨氮得到吹脱并被吸收，同时使磷酸根形成沉淀被排出，实现了氨氮和磷的同步回收。利用本发明装置和方法对污水中氨氮和磷的回收率分别达到82%和95%以上，效果稳定，回收率高，操作简单，容易操作，可根据工艺需要灵活布置本装置，具有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述装置包括：曝气区(1);过渡区(2)，设置于曝气区的下方;沉降区(3)，设置于曝气区的外侧;污泥区(4)，设置于过渡区的下方;吸收区(5)，装有吸收液;其中，曝气区(1)、过渡区(2)、沉降区(3)和污泥区(4)构成了所述装置的主体，吸收区(5)设置在装置主体的外部，通过插入吸收区内部的管道与装置的主体连接。
2.如权利要求1所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述装置的主体又分为Ⅰ和Ⅱ两个部分，Ⅰ部分包括其内部的曝气区(1)，Ⅱ部分包括其内部的过渡区(2)、沉降区(3)和污泥区(4)，其中沉降区(3)位于Ⅱ部分之内与Ⅰ部分之外间隔形成的区域;Ⅰ部分与Ⅱ部分之间通过法兰、螺纹或插套的方式连接。
3.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述曝气区(1)内设置有进水和进药管，进水和进药管位于曝气区外部的一端分别设置进水口(6)和进药口(7);所述曝气区(1)内设置有进气管，进气管位于曝气区外部的一端设置进气口(8)，进气管位于曝气区内部的一端连接曝气装置(10);所述曝气区外部还设置有出气口(9)，通过管道与吸收区(5)连接;所述沉降区的上部设置有溢流堰(11)和出水口(12);所述污泥区(4)的底端设置有通过阀门(13)控制的排泥口(14)。
4.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述曝气区(1)为圆柱形，其高径比为(2.5～8)：1。
5.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述过渡区(2)为圆柱形，其高径比为(0.6～1.5)：1;过渡区的水力停留时间为0.5～2.5h。
6.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述沉降区(3)的高径比为(3～6)：1;沉降区的水力停留时间为2～12h。
7.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述污泥区(4)为三角锥形，与水平面的倾斜角度为30°～60°;污泥区的污泥停留时间为6～48h。
8.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述吸收区(5)为圆柱形或方柱形，吸收区的吸收液为浓度10～30%的酸溶液。
9.一种利用权利要求1-8任一所述装置从污水中同步回收氨氮和磷的方法，包括如下步骤：先将待处理污水的pH调整到4～14，通过进水口(6)进入曝气区(1)，再通过进气口(8)向曝气区中通入热空气，通过曝气装置(10)的作用形成大量的微小气泡与污水接触，使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口(9)进入到吸收区(5)中被吸收液吸收，氨氮得到回收;同时，通过进药口(7)向污水中投加金属盐，通过空气的搅拌作用，污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，经过反应的污水从曝气区(1)进入到过渡区(2)，然后进入沉降区(3)进行沉降，经过沉淀与水体的分离后，水体通过溢流堰(11)，由出水口(12)排出;沉淀物质进入到污泥区(4)，通过由阀门(13)控制的排泥口(14)排出，将沉淀烘干从而回收到磷。
10.如权利要求9所述的从污水中同步回收氨氮和磷的方法，其特征在于，曝气区中通入热空气的温度为80～100℃，曝气时间为3～6h;所述金属盐包括但不限于可溶性的镁盐、铁盐和钙盐。
说明书
一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置及方法，属于水污染控制与资源再生技术领域。
背景技术
污水中的氮、磷等无机物常被视为造成水体富营养化等环境污染的主要元凶，因此，人们花费大量的物力、财力去除污水中的氮、磷，以达到对环境污染的最小化影响。按照目前各污水处理工艺对污水的处理情况来看，COD和SS的去除效果较好，但氮、磷的去除情况仍不太理想。污水中的高氨氮会影响微生物的活性，而微生物在好氧吸磷、厌氧释磷时也会与去除氨氮的工艺发生冲突，导致氮、磷的出水浓度达不到排放标准。
针对氮、磷难以处理达标的问题，许多科研工作者提出了深度处理、多级处理等工艺，使氮磷得到去除，但这些工艺具有工艺复杂、占地面积大、能耗增大和管理难度等新问题。同时，在去除氮、磷时，也造成了这些资源的浪费。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，适用于处理各种高氨氮、高磷浓度的污水。本发明装置能从污水中回收氨氮和磷资源，并且可根据工艺需要灵活布置本装置，同时经过本装置的处理，污水的可生化性得到明显改善。
氨氮在水体条件为碱性和加热时，会以氨气的形式从水体挥发到大气中。其挥发过程可用化学式表达为：
NH4+→NH3↑+H+
通过向污水中通入热空气，热空气经过曝气装置的作用，形成大量的微小热空气，微小的热空气与水体接触，从而使水体中的氨氮受到加热作用并且随空气进入到吸收液中，氨氮因而得到回收。
水体中的磷酸根会与水体中的镁反应生成磷酸铵镁和磷酸镁沉淀。其沉淀反应过程可用化学式表达为：
Mg2++PO43-=Mg3(PO4)2↓
Mg2++NH4++PO43-+6H20=MgNH4PO4·6H20↓
通过向污水中投入镁盐，可使污水中的磷酸根生成沉淀，从而回收到磷。从中还可发现，在回收磷的同时，氨氮也参与了反应，因此亦有利于氨氮的资源化回收。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，包括：(1)曝气区，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用;(2)过渡区，设置于曝气区的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响;(3)沉降区，设置于曝气区的外侧，使生成的沉淀与水体分离;(4)污泥区，设置于过渡区的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀;(5)吸收区，装有吸收液，用于吸收被吹脱的氨氮气体。其中，曝气区、过渡区、沉降区和污泥区构成了本发明装置的主体，吸收区设置在装置主体的外部，通过插入吸收区内部的管道与装置的主体连接。
为了便于装卸与操作，本发明装置的主体又可分为Ⅰ和Ⅱ两个部分，Ⅰ部分包括其内部的曝气区，Ⅱ部分包括其内部的过渡区、沉降区和污泥区，其中沉降区位于Ⅱ部分之内与Ⅰ部分之外间隔形成的区域。
所述Ⅰ部分与Ⅱ部分之间可通过法兰、螺纹或插套等方式连接。
所述曝气区内设置有进水和进药管，进水和进药管位于曝气区外部的一端分别设置进水口和进药口;所述曝气区内设置有进气管，进气管位于曝气区外部的一端设置进气口，进气管位于曝气区内部的一端连接曝气装置;所述曝气区外部还设置有出气口，通过管道与吸收区连接;所述沉降区的上部设置有溢流堰和出水口;所述污泥区的底端设置有通过阀门控制的排泥口。
优选的，所述曝气区为圆柱形，其高径比为(2.5～8):1;
优选的，所述过渡区为圆柱形，其高径比为(0.6～1.5)：1;过渡区的水力停留时间可为0.5～2.5h。
优选的，所述沉降区的高径比为(3～6)：1，沉降区的水力停留时间可为2～12h。
优选的，所述溢流堰为三角形锯齿形;
优选的，所述污泥区为三角锥形，与水平面的倾斜角度可为30°～60°，污泥区的污泥停留时间可为6～48h。
优选的，所述吸收区可为圆柱形或方柱形，吸收区的吸收液可为浓度10～30%的酸溶液。
本发明还提供一种利用上述装置从污水中同步回收氨氮和磷的方法，包括如下步骤：
先将待处理污水的pH调整到4～14，通过进水口(6)进入曝气区(1)，再通过进气口(8)向曝气区中通入热空气，通过曝气装置(10)的作用形成大量的微小气泡与污水接触，使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口(9)进入到吸收区(5)中被吸收液吸收，氨氮得到回收;同时，通过进药口(7)向污水中投加金属盐，通过空气的搅拌作用，污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，经过反应的污水从曝气区(1)进入到过渡区(2)，然后进入沉降区(3)进行沉降，经过沉淀与水体的分离后，水体通过溢流堰(11)，由出水口(12)排出;沉淀物质进入到污泥区(4)，通过由阀门(13)控制的排泥口(14)排出，将沉淀烘干从而回收到磷。
优选的，曝气区中通入热空气的温度为80～100℃，曝气时间为3～6h。
所述金属盐包括但不限于可溶性的镁盐、铁盐和钙盐其中一种。
优选的，上述的操作方法中，投加金属盐的特征在于：在待处理污水pH为8～11时，投加镁盐;在待处理污水pH为4～7时，投加铁盐;在待处理污水pH大于11时，投加钙盐。
本发明提供的同步回收氨氮和磷的方法及装置具有以下有益效果：能够有效的对污水中的氨氮和磷等污染物转化为资源进行回收，实现变废为宝;降低了污水中的氨氮和磷浓度，有改善了污水的可生化性;本发明装置回收氨氮和磷的效果稳定，回收率高，操作简单，容易操作，可根据工艺需要灵活布置本装置。