申请日2015.09.28
公开(公告)日2017.04.05
IPC分类号C02F1/52; C02F1/66; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本发明提供一种氮磷污水处理与资源回收的方法和药剂，可以实现污水中的磷和氮化合物的去除，并将其富集成可利用的氮磷化合物予以回收。本发明中药剂为轻烧镁粉，药剂的使用方法包括：步骤1、将足量的轻烧镁粉或轻烧镁粉浆液与待处理污水加入反应器中;步骤2、将轻烧镁粉与被处理污水混合反应;步骤3、将反应产生的固体从被处理的水中分离出来。本发明利用轻烧镁粉为结晶沉淀剂和pH调节剂，同时去除废水中的磷和氨氮，将污水中的磷富集于沉淀固体之中，经济有效地实现对污水的处理和资源回收。
摘要附图
权利要求书
1.一种氮磷污水处理与资源回收的方法和药剂，其中药剂称为轻烧镁粉，是指直径小于10mm的菱镁石轻烧颗粒或粉末，常态下为固体，颜色一般为淡黄色。
2.一种氮磷污水处理与资源回收的方法和药剂，根据权利要求1所述药剂，其实施方法为：
步骤1.1、将足量的轻烧镁粉与待处理污水加入反应器中;
步骤1.2、将轻烧镁粉与被处理污水混合30~120min;
步骤1.3、将反应产生的固体从被处理的水中分离出来。
3.一种氮磷污水处理与资源回收的方法和药剂，根据权利要求1所述药剂，其实施方法也可以为：
步骤2.1、将轻烧镁粉投入溶解池中进行溶解预处理形成轻烧镁粉浆液;
步骤2.2、将足量轻烧镁粉浆液与待处理污水加入反应器中;
步骤2.3、将轻烧镁粉浆液与被处理污水混合10~60min;
步骤2.4、将反应产生的固体从被处理的水中分离出来。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种污水处理与资源回收的药剂和实施方法，其特征在于，当所述步骤1.1采用轻烧镁粉时，每升污水加入的轻烧镁粉的剂量与每升污水中磷酸根含量的比例高于3.0，并使得被处理污水的pH值大于8.5;所述步骤2.2采用轻烧镁粉浆液时，每升污水加入的轻烧镁粉的剂量与每升污水中磷酸根含量的比例高于1.5，并使得被处理污水的pH值大于8.5。
5.根据权利1-4所述的一种污水处理与资源回收的药剂和实施方法，其特征在于，所述步骤1.1中直接使用轻烧镁粉，所述步骤2.1中将轻烧镁粉加入到溶解池中进行预处理，采用酸液将其pH调节至4~6，再将加入了酸液的轻烧镁粉浆液加入待处理的污水中。
6.根据权利1-5所述的一种污水处理与资源回收的药剂和实施方法，其特征在于，所述步骤1.1与2.2可以在沉降器或流化床反应器内完成，其中，当在沉降器内完成时，沉降时间一般为30~60min;当在流化床反应器内完成时，被处理污水在流化床反应器上部沉降区的上升流线性流速不高于0.8cm/min。
7.根据权利1-6所述的一种污水处理与资源回收的药剂和实施方法，其特征在于，用离心、过滤或干燥的方法对从所述沉降器或所述流化床反应器底部收集的沉淀物进行处理，制成氮磷固体产品。
说明书
一种氮磷污水处理与资源回收的方法和药剂
技术领域
本发明属于污水处理及其资源化技术领域，具体涉及到利用轻烧镁粉去除和回收污水中的磷和氮化合物，并将其转化为可利用的氮磷产物的方法和药剂。
背景技术
磷是一种重要资源，它既是生物细胞的重要组成元素，又是生产磷肥、饲料及人们生活所需必需品的原料(陈瑶等，2008)。然而磷在生物圈中近乎单向流动、不可再生(Steen et al.,1999)。磷矿资源的日益枯竭将成为未来社会的严重问题。另外，地面水体中过高的磷含量是造成水环境污染的主要因素之一。因此研究养猪废水磷去除和回收技术对于水环境保护和资源可持续利用均有重要意义。
近年来，随着污水氮磷回收技术研究的深入，磷酸铵镁结晶法与磷酸钙沉淀法已逐渐成为研究者们广泛认可的回收路线(王广伟等. 2010;郝晓地等. 2010)。然而，在众多磷回收的小试研究中发现，所投加药剂(尤其是耗碱量)所需费用巨大(张玉生等. 2012)，这无疑成为限制磷回收技术推广应用的关键。因此，寻找经济有效的磷回收投加药剂显得尤为必要。
研究者们针对厌氧消化液中磷的去除与回收已有大量探索(Pastor et al. 2008; Doyle et al. 2002)，他们大多选用向废水中投加镁盐(如氯化镁)的方法促使MAP生成(Rahaman et al. 2014; Ariyanto et al.2014)。采用氯化镁的优势在于反应时间较短，沉淀结晶反应可以在较短时间内完成，但回收成本会提高。也有学者尝试以海水为镁源，进行磷回收试验(Dai et al.2014; Rubio-Rincón et al.2014)，这种方式在非沿海城市受到限制。同时试验过程需要额外投加碱液调节pH值，增加了碱液的消耗。
综上所述，目前的污水除磷技术成本大都较高，目前较为缺乏一种经济有效的磷回收方法和材料。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于氮磷污水处理与资源回收的方法和药剂。用以去除和回收废水中的磷和氮化合物，并将其转化为可利用的氮磷产物。
第一方面提供了一种污水处理与资源回收的药剂，名称为轻烧镁粉，由菱镁石轻度煅烧而成。
第二方面提供了轻烧镁粉用于污水处理与资源回收过程的实施方法。所述方法包括以下两种方案：
方案一：
步骤1.1、将足量的轻烧镁粉与待处理污水加入反应器中;
步骤1.2、将轻烧镁粉与被处理污水混合30~120min;
步骤1.3、将反应产生的固体从被处理的水中分离出来。
方案二：
步骤2.1、将轻烧镁粉投入溶解池中进行溶解预处理形成轻烧镁粉浆液;
步骤2.2、将足量轻烧镁粉浆液与待处理污水加入反应器中;
步骤2.3、将轻烧镁粉浆液与被处理污水混合10~60min;
步骤2.4、将反应产生的固体从被处理的水中分离出来。
在第一方面的实现方式中，所述轻烧镁粉，其性质主要为固体颗粒或粉末，粒径一般小于10mm，由菱镁石轻度煅烧而成，颜色为淡黄色或褐色。目前市场主要有：QM-96、QM-95、QM-94、QM-92、QM-90、QM-87、QM-85、QM-80、QM-75 九种牌号。其成分(质量百分比)为：MgO(75~96%)，CaO(0.5~10%)，SiO2(1~15%)，Fe2O3(0.2~2%)，Al2O3(0.2~1.5%)，其他(1.5%)。不同地域的轻烧镁粉产品成分会有较小差异，均应视为本发明所保护范围。
结合第一方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述方案一步骤1.1采用轻烧镁粉时，每升污水中加入的轻烧镁粉的剂量与每升污水中磷酸根的含量比例高于1.0，并使得被处理污水的pH值大于8.5;所述方案二步骤2.2采用轻烧镁粉浆液时，每升污水加入的轻烧镁粉的剂量与每升污水中磷酸根含量的比例高于1.5，并使得被处理污水的pH值大于8.5。
结合第一方面、第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面第二种中可能的实现方式中，所述方案二步骤2.1中将轻烧镁粉投入溶解池中进行预处理过程中，可以采用加入酸液的方式加快轻烧镁粉的溶解。
结合第一方面、第二方面的第一种可能的实现方式或者第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面第三种中可能的实现方式中，所述方案一步骤1.1与方案二步骤2.2还包括将碱性化合物作为辅助剂加入被处理的污水中使得被处理污水的pH值高于8.5。
结合第一方面、第二方面的第一种可能的实现方式、第二方面的第二种可能的实现方式或者第二方面的第三种可能的实现方式，在第二方面第四种中可能的实现方式中，所述方案一步骤1.3和方案二步骤2.4可以在沉降器中或流化床反应器内完成，其中，当在沉降器内完成时，沉降时间为30~60min;当在流化床反应器内完成时，被处理的污水在流化床反应器上部沉降区的上升流线性流速低于0.8cm/min。
结合第二方面第四种可能得实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，用离心和过滤的方法对从所述沉降器或所述流化床反应器底部收集的沉淀物进行脱水并干燥后，制成氮磷固体产品。
由上述技术方案可知，本发明利用轻烧镁粉或轻烧镁粉浆液为沉淀剂和pH调节剂，同时去除污水中的磷和氨氮，将其富集在反应固体产物中，经济有效的实现了对污水的处理和资源回收。