申请日2017.12.19
公开(公告)日2018.05.22
IPC分类号B01J19/24; C01B25/45; C02F1/58; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本发明公开了一种利用磷酸铵镁结晶回收废水中氮磷的装置及方法，属于污水处理技术领域。本发明的反应器包括反应器本体、曝气装置、废水槽、碱液槽和药剂槽;应用本发明的鸟粪石结晶回收废水中氮磷的装置，只投加镁盐，保持镁磷比为1.38，终点pH=9，曝气反应20min，氨氮去除率24.08%，无机磷去除率90.13%，得到沉淀物中鸟粪石纯度达89.14%。若补充磷盐和镁盐，控制N:Mg:P为1:1.12:0.98，终点pH=9，曝气反应20min，经过二次循环后氨氮去除率93.63%，无机磷去除率90.02%，鸟粪石纯度达87.19%。
权利要求书
1.一种用于磷酸铵镁结晶的反应器，其特征在于，包括反应器本体、曝气装置、废水槽、碱液槽和药剂槽;所述反应器本体包括内筒和外筒;内筒设置于外筒内部，内筒与外筒的顶部齐平，内筒的筒高小于外筒的筒高;曝气装置、碱液槽和药剂槽分别设置在反应器本体的外部，并通过管道伸入至反应器的内筒中;所述废水槽通过管道与反应器的外筒连通。
2.根据权利要求1所述的用于磷酸铵镁结晶的反应器，其特征在于，所述外筒形状呈上大下小的筒状;所述内筒为金属材质，由同轴设置的内筒下部和内筒上部组成，内筒上部的直径大于内筒下部的直径，所述内筒上部的底端与内筒下部的顶端通过连接板连接;所述连接板的两端分别与内筒下部端面的外筒壁和内筒上部的内筒壁固定。
3.根据权利要求2所述的用于磷酸铵镁结晶的反应器，其特征在于，外筒的侧壁上分别设置进水口、取样口和出水口;所述进水口设置于外筒侧壁的下部;所述出水口设置于外筒的上部。
4.根据权利要求4所述的用于磷酸铵镁结晶的反应器，其特征在于，外筒的底部呈锥形，设置沉淀出口。
5.一种回收废水 中氨氮和无机磷的方法，其特征在于，是应用权利要求1～4任一所述的鸟粪石结晶反应器进行废水处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，药剂槽中放置镁盐、磷盐，碱液槽中加入碱液;将废水从反应器底部的进水口通入反应器，使得废水液面高于出水口液面，将药剂槽中镁盐、磷盐加入反应器内部的废水中，将碱液槽中的碱液加入反应器内部的废水中并控制pH维持在9.0～10.0;控制曝气反应20min，使得废水在反应器中循环流动，反应结束后静置30min，将废水从反应器顶端的出水口排出，沉淀物从底部排出。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，控制反应器内废水的P:N为0.87～1.06;控制Mg:N为0.86～1.73。
8.根据权利要求5～7任一所述的方法，其特征在于，所述废水的pH为7～7.5，COD为850±200mg·L-1，TN为575±25mg·L-1，NH4+-N为850±200mg·L-1，TP为110±15mg·L-1，PO43-为(100±15)mg·L-1，Mg2+为(30±5)mg·L-1，Ca2+为(95±5)mg·L-1。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述废水中n(NH4-):n(PO43-):n(Mg2+)为为60:2～5:2～5。
10.权利要求5～7、9任一所述方法在废水处理方面的应用。
说明书
一种利用磷酸铵镁结晶回收废水中氮磷的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种利用磷酸铵镁结晶回收废水中氮磷的装置及方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
磷是生命物质不可缺少的元素之一，是地球上不可再生的有限资源。同时，氮、磷等营养元素随污水排入环境使得水体富营养化现象日益严重。因此，实现从污水中回收氮磷，既可以防治水体富营养化也可以实现磷的可持续利用，受到广泛关注。
在各种以磷酸盐形式回收磷元素的方法中，鸟粪石结晶法由于其磷含量高并可直接或间接作为优质肥料被用于农林业而备受青睐。
鸟粪石(MAP)又称六水合磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)，是一种低溶解度的白色晶体矿物,当水中Mg2+、NH4+、以及PO43-离子浓度超过溶解度限值时，就会自发结晶产生鸟粪石结晶沉淀。最终得到的鸟粪石结晶极好的缓释肥料，不会对植物根系造成伤害，并且其难溶于水的特性不会导致水体富营养化，因此非常适合作为园林、苗圃等植被的磷肥，也可以制成清洁剂、化妆品和动物饲料。
鸟粪石作为一种有潜力的肥料，已有多家污水处理厂对其回收利用进行研究。因此，采用鸟粪石结晶法去除废水中氮磷是一种生态和经济效益兼具的水处理方法。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种用于磷酸铵镁结晶的反应器，包括反应器本体、曝气装置、废水槽、碱液槽和药剂槽;所述反应器本体包括上下均不封闭的内筒和外筒;内筒设置于外筒内部，内筒与外筒的顶部齐平，内筒的筒高小于外筒的筒高;曝气装置、碱液槽和药剂槽分别设置在反应器本体的外部，并通过管道伸入至反应器的内筒中;所述废水槽通过管道与反应器的外筒连通。
在本发明的一种实施方式中，外筒的侧壁上分别设置进水口、取样口和出水口;所述进水口设置于外筒侧壁的下部;所述出水口设置于外筒的上部;所述取样口设置至少一个。
在本发明的一种实施方式中，外筒的底部呈锥形，设置沉淀出口。
在本发明的一种实施方式中，所述外筒为玻璃材质，形状呈上大下小的筒状。
在本发明的一种实施方式中，所述内筒为金属材质，由同轴设置的内筒下部和内筒上部组成，内筒上部的直径大于内筒下部的直径，所述内筒上部的底端与内筒下部的顶端通过连接板连接;所述连接板的两端分别与内筒下部端面的外筒壁和内筒上部的内筒壁固定。
在本发明的一种实施方式中，所述连接板沿金属内筒的中轴对称设置至少三个。
在本发明的一种实施方式中，反应器顶部设置盖子。
在本发明的一种实施方式中，曝气装置通过长管伸入金属内筒的部分还设置搅拌桨。
本发明的第二个目的是提供一种回收废水中氨氮和无机磷的方法，是应用所述鸟粪石结晶反应器进行废水处理。
在本发明的一种实施方式中，所述方法是将废水从反应器底部的进水口通入反应器，使得废水液面高于出水口液面，将药剂槽中镁盐、磷盐加入反应器内部的废水中，将碱液槽中的碱液加入反应器内部的废水中并控制pH维持在9.0～10.0;控制曝气反应20min，使得废水在反应器中循环流动，反应结束后静置30min，将废水从反应器顶端的出水口排出，沉淀物从底部排出。
在本发明的一种实施方式中，控制P:N为0.87～1.06;具体为0.87,、0.98或1.06。
在本发明的一种实施方式中，控制Mg:N为0.86～1.73。
在本发明的一种实施方式中，控制Mg：N=1.38，调节废水pH至9，曝气反应20min，控制终点pH在9左右，反应结束后停留30min，将废水从反应器上端的出水口排出，将结晶沉淀从反应器最底端排出。
在本发明的一种实施方式中，控制N:Mg:P=1:1.12:0.98，调节废水pH至9，曝气反应20min，控制终点pH在9左右，反应结束后停留30min，将废水从反应器上端的出水口排出，将结晶沉淀从反应器最底端排出。
在本发明的一种实施方式中，所述废水的pH=7～7.5，COD=(850±200)mg·L-1，TN=(575±25)mg·L-1，NH4+-N=(850±200)mg·L-1，TP=(110±15)mg·L-1，PO43-=(100±15)mg·L-1，Mg2+=(30±5)mg·L-1，Ca2+=(95±5)mg·L-1，t=(32.5±2.5)℃。
在本发明的一种实施方式中，水样中氮磷主要以氨氮及无机磷形式存在，n(NH4-):n(PO43-):n(Mg2+)约为60:3:2。
本发明还提供所述方法在废水处理方面的应用。
有益效果：本发明的装置能够以鸟粪石结晶的形式回收废水中的氨氮和无机磷，由于鸟粪石是很好的缓释肥，可以用于花卉和农业生产，因此实现废水的资源化利用，使得生态与经济效益一体化。本发明的鸟粪石结晶回收废水中氮磷的装置，处理废水氨氮浓度500mg/L,无机磷100mg/L，只投加镁盐，保持镁磷比为1.38，终点pH=9，曝气反应20min，氨氮去除率24.08%，无机磷去除率90.13%，得到沉淀物中鸟粪石纯度达89.14%。若补充磷盐和镁盐，控制N:Mg:P为1:1.12:0.98，终点pH=9，曝气反应20min，经过二次循环后氨氮去除率93.63%，无机磷去除率90.02%，鸟粪石纯度达87.19%。