申请日2014.08.14
公开(公告)日2015.01.28
IPC分类号C01B25/45
摘要
一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置，包括鸟粪石反应装置，在鸟粪石反应装置的排泥管(24)出口下面设置有鸟粪石晶体收集机构(2)，该鸟粪石晶体收集机构的整体为倾角20～30o且锥角向上的锥形体，锥形体的锥角与鸟粪石反应装置的排泥管(24)出口中心对应，该锥形体的表面覆盖一层锥形丙纶防渗土工布，在丙纶防渗土工布和锥形体表面之间紧密缠绕有PVC电热线，该锥形体的底部外周设置有余液挡板，余液挡板接有余液收集槽。本实用新型结构简单，操作简便，鸟粪石沉淀物泥水分离效率高、效果好。
权利要求书
1.一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置，包括鸟粪石反应装置，其特征在于，在鸟粪石反应装置的排泥管(24)出口下面设置有鸟粪石晶体收集机构(2)，该鸟粪石晶体收集机构(2)的整体为倾角20～30o且锥角向上的锥形体，锥形体的锥角与鸟粪石反应装置的排泥管(24)出口中心对应，该锥形体的表面覆盖一层锥形丙纶防渗土工布(31)，在丙纶防渗土工布(31)和锥形体表面之间紧密缠绕有PVC电热线(28)，该锥形体的底部外周设置有余液挡板(26)，余液挡板(26)接有余液收集槽(29)。
2.根据权利要求1所述的一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置，其特征在于，该锥形体的骨架由均匀分布的多根金属支管(27)构成，多根金属支管(27)上端分别固定在一起，下端分别固定在底板(30)上。
3.根据权利要求1所述的一种对鸟粪石结晶沉淀物进行分离回收的装置，其特征在于，鸟粪石反应装置由反应池(1)、碱液储备槽(8)、磷盐储备槽(9)和镁盐储备槽(11)组成，其中，反应池(1)的污水进水管(19)经污水提升泵(13)接反应池(1)，碱液储备槽(8)的碱液加药管(20)经加碱泵(7)接反应池(1)，磷盐储备槽(9)的磷盐加药管(17)经磷盐计量泵(10)接反应池(1)，镁盐储备槽(11)的镁盐加药管(18)经镁盐计量泵(12)接反应池(1)。
4.根据权利要求3所述的一种对鸟粪石结晶沉淀物进行分离回收的装置，其特征在于，反应池(1)为圆筒形的立式池壁(15)，池壁(15)上部安装机械搅拌器(3)，池壁底部接有晶体收集斗(23)，晶体收集斗(23)侧边接有出水管(14)，出水管(14)上安装有排水阀(22)，晶体收集斗(23)的出口接排泥管(24)，排泥管(24)安装排泥阀(25)，所述的污水进水管(19)、碱液加药管(20)、磷盐加药管(17)和镁盐加药管(18)分别由反应池(1)上部伸入。
5.根据权利要求4所述的一种对鸟粪石结晶沉淀物进行分离回收的装置，其特征在于，池壁底部经池底坡面(21)再与晶体收集斗(23)连接。
6.根据权利要求4所述的一种对鸟粪石结晶沉淀物进行分离回收的装置，其特征在于，反应池(1)的池壁设置pH探头(5)与pH控制器(6)相接，pH控制器(6)与加碱泵(7)连接。
说明书
一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置
技术领域
本实用新型涉及一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置，它利用磷酸铵镁沉淀法从废水中去除溶解性氮、磷污染物，并使之沉淀生成鸟粪石进行资源化回收，属于废水处理和资源化技术领域。
背景技术
当废水或溶液中同时含有Mg2+、PO43–、NH4+三种离子时，且离子浓度积大于MgNH4PO4·6H2O溶度积常数时，发生磷酸铵镁(MAP)沉淀反应，其结晶沉淀原理如下列反应式(1)、(2)所示，这一现象分别被Rawn(1939)和Borgerding(1972)研究废水处理厂消化污泥管道沉淀时发现。
NH3 + H3O+ ? + NH4+ + H2O (1)
Mg2+ + PO43– + NH4+ + 6H2O ? MgNH4PO4·6H2O ↓ (2)
Ksp = 2.51′10–13，pKsp = –log(Ksp) = 12.6
沉淀产物MAP (MgNH4PO4·6H2O)俗称为鸟粪石，白色结晶粉末，相对密度1.71，易溶于酸，不溶于碱、水、及乙醇溶液，施入农田后有缓释氮、磷的特点，被视为极有价值的农业缓释肥，因此近年来成为废水处理中脱氮除磷技术的研究热点。它具有反应快速、容易实现，反应条件容易控制等多种优点。
但目前此技术在工程实践中的推广应用还有很大的难度，除了投加药剂成本的原因，在反应装置、工艺流程上的不完善是其主要影响因素，特别是工程上缺乏对鸟粪石沉淀产物分离回收的装置，成为限制鸟粪石沉淀技术对废水中氮磷污染物进行资源化回收利用的“瓶颈”问题。在中国专利号201210454919.9 “将污水中氮磷制备成鸟粪石晶体的装置和工艺”，中国专利号201010169236.X “采用鸟粪石沉淀法从废水中回收磷的装置及工艺方法”及中国专利号201010141900.X “一体化鸟粪石法氮磷回收装置”等专利中，涉及了鸟粪石反应器，但配套设备多，电耗高，投资成本大，且大部分专利在沉淀反应区设置填料，这样会减少进水量、增大反应器容积，易造成沉淀分离效果不理想、沉淀收集难度大等缺点。特别是此类关于鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷的相关专利中，关于后续对鸟粪石结晶沉淀物的干燥回收操作单元的工艺与装置均未见报道。而与通常的固液物体分离不同，从废水中进行鸟粪石的回收需要低温烘干的特定条件。现有的固液分离装置，如压滤机、泥浆分离机等设备均不适合鸟粪石回收的应用，且设备投资高、在几十万元之上。而本实用新型的鸟粪石分离收集装置，结构简单，制作材料易得且价格低廉，根据废水中鸟粪石的产量，制作成本在200元-1000元不等，设备分离效果显著，分离后加热设计直接烘干鸟粪石得到成品缓释肥。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种鸟粪石分离回收方便、分离效率高、效果好的间歇式运行的对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置，解决了MAP沉淀技术在工程应用中缺乏鸟粪石分离回收和干燥装置的技术“瓶颈”问题。
为了实现上述的目的，本实用新型采用如下的技术方案：
一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化回收的装置，包括鸟粪石反应装置，在鸟粪石反应装置的排泥管出口下面设置有鸟粪石晶体收集机构，该鸟粪石晶体收集机构的整体为倾角20～30o且锥角向上的锥形体，锥形体的锥角与鸟粪石反应装置的排泥管出口中心对应，该锥形体的表面覆盖一层锥形丙纶防渗土工布，在丙纶防渗土工布和锥形体表面之间紧密缠绕有PVC电热线，该锥形体的底部外周设置有余液挡板，余液挡板接有余液收集槽。
在上述中，鸟粪石反应装置由反应池、碱液储备槽、磷盐储备槽和镁盐储备槽组成，其中，反应池的污水进水管经污水提升泵接反应池，碱液储备槽的碱液加药管经加碱泵接反应池，磷盐储备槽的磷盐加药管经磷盐计量泵接反应池，镁盐储备槽的镁盐加药管经镁盐计量泵接反应池。
反应池为圆筒形的立式池壁，池壁上部安装机械搅拌器，其中池壁底部接有晶体收集斗，晶体收集斗侧边接有出水管，出水管上安装有排水阀，晶体收集斗的出口接排泥管，排泥管安装排泥阀，所述的污水进水管、碱液加药管、磷盐加药管和镁盐加药管分别由立式池壁顶部伸入。
发明人用鸟粪石沉淀法对养殖废水、污泥厌氧消化液等含氮磷废水进行了细致的MAP沉淀反应研究。反应过程中的现象表明，MAP沉淀反应在常温常压下即可发生且反应极为迅速，一般反应时间根据水量与搅拌速率的不同在2-10分钟即可完成，并且鸟粪石沉淀快，形成上清液较为清澈。因此在选择沉淀反应方式时，本实用新型中的采用间歇式反应方式。
其次通过实验研究表明，沉淀后上清液总会部分残留在反应器中，与MAP沉淀混合难以分离。对沉淀产物进行干燥时由于MAP晶体在50°C即发生分解反应，因此烘干温度应控制在40°C左右，由于水分在沉淀物中质量百分比常达到5%以上，干燥鸟粪石产物需要的时间长达48小时以上。这一现象成为限制此技术实践应用的一大难题。本实用新型中设计采用了锥体鸟粪石晶体收集机构，锥体有一定设计倾角、侧面由PVC加热线缠绕并覆盖丙纶防渗土工布，鸟粪石沉淀与残留液倾倒在其表面后由于重力和密度差原理被快速分离，晶粒被截留在丙纶防渗土工布上，余液沿丙纶防渗土工布流入残液收集槽。本实用新型中对鸟粪石沉淀产物进行了XRD检测分析(X射线衍射分析)和SEM分析(电子扫描电镜分析)，结果表明沉淀物的主成分为MAP结晶沉淀，在沉淀条件为pH值9.0、P/Mg/N摩尔比分别为1/1/5、1/1.4/5和1/1/1.2时、沉淀时间为3小时，MAP结晶物含量达到77.7%-93%。
本实用新型针对废水中鸟粪石产品需低温干燥条件回收的特性，通过锥体、丙纶防渗土工布与PVC电热线在该收集机构的结合使用，使鸟粪石沉淀物泥水分离效率高、效果好;通过PVC电热线对鸟粪石晶体加热到40度干燥，极大地缩短干燥过程获得MAP结晶沉淀的时间，使鸟粪石干燥回收时间由原来48小时以上缩短到3-5小时，并可大幅度地降低鸟粪石干燥耗费的电能，节约能耗90%左右，而且顺利实现了分离与干燥收集的一体化。与现有固液分离装置如压滤机、泥浆分离机相比，装置制作材料易得且价格低廉，成本低，结构简单，尤其是分离效果显著，分离后加热设计直接烘干鸟粪石得到成品缓释肥。本实用新型可以为废水中氮磷污染物进行资源化回收的工业化应用奠定基础。