專利名稱：采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置及其工藝方法，屬于廢 水處理及其資源化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磷是包括人類在內(nèi)的一切生命體的必需元素，它在細胞生命活動中起著關(guān)鍵的作 用。磷在自然界主要以磷酸鹽巖石以及鳥糞石和動物化石的天然磷酸鹽礦石存在。磷在人 工開采或天然侵蝕后，最終都隨水流歸宿到深海的沉積層。沉入深海的磷，只有很少一部分 可以通過淺海魚類或海鳥返回陸地，以至于磷在生物圈中絕大部分是單向流動，從而成為 一種不可更新的寶貴資源。但是，磷礦石的儲量十分有限，據(jù)估計全世界磷礦儲量只能維持 100年左右，我國磷礦基礎(chǔ)儲量約41億噸(礦石)，其中儲量約21億噸，如果僅以富磷礦 (P205)儲量來規(guī)劃，我國磷礦僅能維持到2015年。磷將成為人類和陸地生命活動的限制因
o另一方面，磷在人類生產(chǎn)、生活使用之后大部分進入污水或廢水，最后排入水體， 目前已造成嚴(yán)重的水體富應(yīng)營養(yǎng)化問題。為控制磷的過量排放，目前的污水或廢水處理都 要求必須進行除磷。因此，從磷資源的可持續(xù)利用和水體富營養(yǎng)化控制的雙重目的出發(fā)，從廢水/污 水中回收磷是一種最佳的選擇。目前，從廢水/污水中回收磷已得到廣泛的重視和研究，而回收裝置是實現(xiàn)磷回 收的技術(shù)關(guān)鍵，也是研究和開發(fā)的重點。采用鳥糞石沉淀法被認為是一種最有可能實現(xiàn)商業(yè)化的廢水磷回收技術(shù)。中國發(fā) 明專利申請?zhí)?00910128791. 5，題名“磷回收方法及磷回收裝置”，公開了一種采用吸附材 料對廢水中的磷進行吸附，然后使用藥液使吸附在吸附材料上的磷解吸到液體中而將磷加 以回收的方法和裝置，該方法不涉及采用MAP(磷酸氨鎂)沉淀方法回收廢水中的磷。中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910157928. X，題名“磷回收結(jié)晶反應(yīng)器及磷回收方法”， 公開了一種采用內(nèi)外套管結(jié)構(gòu)、并用空氣對廢水進行曝氣吹脫的磷回收結(jié)晶反應(yīng)器，主要 適用于畜禽廢水，沉淀物為污泥，其含磷量只有15-20%，未采用填料。中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910051804. 3，題名“一種低能耗一體化氮磷回收裝置”， 以及中國實用新型專利號200720041299. 0，題名“新型MAP三相流化氮磷回收反應(yīng)器”，均 采用流化床反應(yīng)器。不同之處在于流化顆粒，前者直接采用鳥糞石晶體而后者則采用涂布 上鳥糞石晶體的填料作為流化顆粒。流化床回收方法的缺點是為了使顆粒達到流化狀態(tài)需 要消耗更多的動力能耗，同時反應(yīng)后為了使顆粒與空氣和廢水分離，需要較大的三相分離 空間，整個裝置的體積較大。采用空氣對廢水進行脫氣的技術(shù)已被較多采用。但國外開發(fā)的磷回收技術(shù)都是采 用先單獨進行脫氣然后再進行反應(yīng)和沉淀的工藝流程，且脫氣柱都沒有裝填填料，荷蘭DHV 公司的專利技術(shù)“Crystalator ”是這類技術(shù)的一個典型代表。而在流化床反應(yīng)器中，填料經(jīng)
3常被用作鳥糞石晶體生長的載體(有些流化床反應(yīng)器直接采用作鳥糞石晶體作為載體)。 雖然流化床反應(yīng)器因采用空氣進行流化，也具有一定的脫氣功能，但由于空氣和廢水的接 觸時間短，一般不能達到完全脫氣。至今未見有在脫氣柱中裝填填料以及將脫氣柱與反應(yīng) 區(qū)組合在一個裝置中使脫氣與結(jié)晶反應(yīng)同時進行的研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置和工藝方 法，以使裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，提高磷的回收率。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置，由套管式反應(yīng)器、填料層、廢水進管、 廢水出管、空氣進管、廢氣出管、鎂鹽溶液進管、堿液進管、沉淀物排出管、液體分布器、PH計 及PH值控制系統(tǒng)組成，套管式反應(yīng)器包括相互套置的內(nèi)管和外管，廢水進管、廢氣出管和 鎂鹽溶液進管設(shè)置在內(nèi)管的頂部，液體分布器、上下兩層填料層和堿液進管設(shè)置在內(nèi)管的 上部，空氣進管和PH計設(shè)置在內(nèi)管的中部，pH計與pH值控制系統(tǒng)和閥門一起控制堿液的 投加量，廢水出管設(shè)置在外管的上部，沉淀物排出管設(shè)置在外管的底部。上述堿液進管位于上下兩填料層的中間。上述外管的下部還設(shè)置了補充堿液進管，外管的上部還設(shè)置了 pH計，此pH計與另 一個pH值控制系統(tǒng)和閥門一起控制補充堿液的投加量。上述外管由上至下分為上部、變徑連接管、下部和封頭，上部粗、下部細，上部和下 部之間通過變徑連接管連接。采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的工藝方法，在內(nèi)管中填料層底部通入空氣， 廢水從內(nèi)管頂部進入，同時打入鎂鹽溶液，在填料層的上方投加堿液調(diào)節(jié)填料層下方廢水 的PH值，廢水經(jīng)填料層脫氣并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由內(nèi)管底部進入外管進行鳥糞石晶體的沉 淀，在外管的下部再補充堿液調(diào)節(jié)廢水從外管上部排出前的pH值，鳥糞石晶體定期從外管 底部排入沉淀池，其上清液與處理過的廢水一起流進污水處理系統(tǒng)的集水井。本發(fā)明采用填料層脫氣和鳥糞石結(jié)晶反應(yīng)同時進行的工藝，并將填料層(脫氣 柱)、反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)組合成一個套管式的磷回收裝置。填料層在內(nèi)管的上段，在填料層底 部通入空氣，既起攪拌促進反應(yīng)的作用，又起脫除廢水中的二氧化碳從而提高pH、減少堿的 用量的作用，填料可增加氣液接觸的面積從而促進廢水中二氧化碳的脫除，又作為磷酸銨 鎂初生結(jié)晶的載體；廢水從內(nèi)管頂部進入，經(jīng)填料層脫氣并同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在內(nèi)管底部 進一步反應(yīng)后過渡進入截面積逐漸變大的外管，進行鳥糞石晶體的沉淀，處理后的廢水從 外管上部排出，沉淀物定期從外管底部排進沉淀池，其上清液與處理過的廢水一起流回污 水處理系統(tǒng)的集水井。本發(fā)明可實現(xiàn)從污水處理廠的厭氧末端上清液、污泥濃縮池上清液、污泥消化池 上清液和消化污泥脫水濾液等氮磷含量較高的廢水中回收磷。本發(fā)明將填料層脫氣柱、反 應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)組合成一個套管式設(shè)備，并采用脫氣與結(jié)晶反應(yīng)同時進行的獨特工藝，具有 結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占地面積小、投資省、操作簡便、磷的回收率高的特點。本發(fā)明對磷回收裝置和工藝做了以下三個方面新的設(shè)計和安排一、將填料層脫氣柱、反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)組合成一個套管式的磷回收裝置，這樣既可使整個裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，減少占地面積，又可免去反應(yīng)區(qū)與沉淀區(qū)之間的連接管，同時避免 了鳥糞石結(jié)晶在連接管中發(fā)生堵塞的問題；二、采用廢水脫氣與鳥糞石結(jié)晶反應(yīng)同時進行的工藝，廢水在脫氣的同時就開始 進行鳥糞石的結(jié)晶反應(yīng)，與傳統(tǒng)的將脫氣柱與反應(yīng)區(qū)分開的方式相比，既可減少脫氣柱與 反應(yīng)區(qū)之間的連接管，使設(shè)備緊湊，又充分利用脫氣柱的空間進行反應(yīng)，大大減少了整個設(shè) 備所需的體積空間；三、脫氣柱中裝填了兩層填料層，并采用脫氣與投堿分開的工藝，廢水在第一層填 料中進行脫氣并提高PH值，廢水中的無機磷就可以在第一層填料中發(fā)生初步的反應(yīng)，在第 二層填料上方再投加適量的堿液，使鳥糞石結(jié)晶反應(yīng)進一步進行，填料層增加了氣液接觸 的面積從而促進廢水中二氧化碳的脫除，可達到提高廢水的PH值、節(jié)省堿用量的目的，又 作為磷酸銨鎂初生結(jié)晶的載體，使鳥糞石晶體生長更加容易，解決了一般反應(yīng)器中鳥糞石 晶體生長速度過慢或為了加快鳥糞石晶體生長需外加載體或晶種的問題，由于同時具有以 上兩個方面的作用，填料的加入大大提高了本發(fā)明磷回收裝置的操作效率。


圖1為本發(fā)明回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明回收工藝的流程示意圖。1外管2內(nèi)管3廢水出管 4空氣進管5填料層6廢水進管 7廢氣出管 8鎂鹽溶液進管9液體分布器 10堿液進管 11閥門12pH控制系統(tǒng)13pH計14閥門15補充堿液進管16沉淀物排出管具體實施形式以下是實施例對本實用新型的進一步說明，而非限制本實用新型的范圍。如圖1所示，采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置，由套管式反應(yīng)器、填料層 5、廢水進管6、廢水出管3、空氣進管4、廢氣出管7、鎂鹽溶液進管8、堿液進管10、沉淀物排 出管16、液體分布器9、pH計13及pH值控制系統(tǒng)12組成。套管式反應(yīng)器包括相互套置的 內(nèi)管2和外管1。廢水進管6、廢氣出管3和鎂鹽溶液進管8設(shè)置在內(nèi)管2的頂部，液體分 布器9、填料層5和堿液進管10設(shè)置在內(nèi)管2的上部，空氣進管4和pH計13設(shè)置在內(nèi)管2 的中部，通過PH值控制系統(tǒng)12控制閥門11的開度以控制堿液的投加量，廢水出管3設(shè)置 在外管1的上部，沉淀物排出管16設(shè)置在外管1的底部。圖中填料層5分為上下兩層，堿 液進管10位于上下兩填料層5的中間。圖中外管2的下部還設(shè)置了補充堿液進管15，外管 1的上部還設(shè)置了 pH計13，通過另一個pH值控制系統(tǒng)12控制閥門14的開度以控制補充 堿液的投加量。下面是一個具體實施實例外管1上部內(nèi)徑1400mm、長度800mm，廢水出管3設(shè)置距外管1上端300mm處，外管 1下部內(nèi)徑1000mm、長度700mm，上部和下部之間的變徑連接管高度400mm，外管1封頭高度 400mm，沉淀物排出管16設(shè)置在外管1的封頭底部。內(nèi)管2內(nèi)徑600mm，總長度3400mm，內(nèi) 管2的底端與外管1封頭的上端處于一個水平面，下層填料層5支撐板距內(nèi)管底端2000mm， 上填料層5高度800mm，下填料層5高度300mm，兩填料層5之間相距80mm，上下填料層5均裝填直徑為IOmm的塑料鮑爾環(huán)。裝置內(nèi)廢水有效容積約2. 2m3。本發(fā)明工藝如圖2所示，通過空氣進管4在下填料層5底部通入空氣，廢水通過廢水進管6從內(nèi)管2頂部進入，同時通過鎂鹽溶液進管8打入適量的氯化鎂溶液，在下填料層 5的上方通過堿液進管10投加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)填料層5下方廢水的pH達9. 2，廢水經(jīng)填 料層5脫氣并同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在內(nèi)管2底部進一步反應(yīng)后過渡進入截面積逐漸變大的 外管1，進行鳥糞石晶體的沉淀，在外管1的下部再通過補充堿液進管15補充適量的堿，使 廢水從外管1上部的廢水出管3排出前的pH達9. 3，鳥糞石晶體定期從外管1底部沉淀物 排出管16排出，其上清液與處理過的廢水一起流入污水處理系統(tǒng)的集水井。以處理某污水處理廠消化污泥的脫水濾液為例，廢水中含磷87mg/L，采用本發(fā)明 的回收裝置和工藝方法進行處理，處理量1. 2噸/小時，磷回收率可達90%以上。通過本實施實例回收得到的鳥糞石可作為緩釋肥使用。
權(quán)利要求
采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置，其特征在于由套管式反應(yīng)器、填料層、廢水進管、廢水出管、空氣進管、廢氣出管、鎂鹽溶液進管、堿液進管、沉淀物排出管、液體分布器、pH計及pH值控制系統(tǒng)組成，套管式反應(yīng)器包括相互套置的內(nèi)管和外管，廢水進管、廢氣出管和鎂鹽溶液進管設(shè)置在內(nèi)管的頂部，液體分布器、上下兩層填料層和堿液進管設(shè)置在內(nèi)管的上部，空氣進管和pH計設(shè)置在內(nèi)管的中部，pH計與pH值控制系統(tǒng)和閥門一起控制堿液的投加量，廢水出管設(shè)置在外管的上部，沉淀物排出管設(shè)置在外管的底部。
2.如權(quán)利要求1所述采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置，其特征在于上述堿 液進管位于上下兩填料層的中間。
3.如權(quán)利要求1所述采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置，其特征在于上述外 管的下部還設(shè)置了補充堿液進管，外管的上部還設(shè)置了 pH計，此pH計與另一個pH值控制 系統(tǒng)和閥門一起控制補充堿液的投加量。
4.如權(quán)利要求1所述采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置，其特征在于上述外 管由上至下分為上部、變徑連接管、下部和封頭，上部粗、下部細，上部和下部之間通過變徑 連接管連接。
5.采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的工藝方法，其特征在于在內(nèi)管中填料層底部 通入空氣，廢水從內(nèi)管頂部進入，同時打入鎂鹽溶液，在填料層的上方投加堿液調(diào)節(jié)填料層 下方廢水的PH值，廢水經(jīng)填料層脫氣并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由內(nèi)管底部進入外管進行鳥糞石晶 體的沉淀，在外管的下部再補充堿液調(diào)節(jié)廢水從外管上部排出前的PH值，鳥糞石晶體定期 從外管底部排入沉淀池，其上清液與處理過的廢水一起流進污水處理系統(tǒng)的集水井。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用鳥糞石沉淀法從廢水中回收磷的裝置和工藝，套管式反應(yīng)器包括內(nèi)管和外管，廢水進管、廢氣出管和鎂鹽溶液進管設(shè)置在內(nèi)管頂部，液體分布器、上下兩層填料層和堿液進管設(shè)置在內(nèi)管上部，空氣進管和pH計設(shè)置在內(nèi)管中部，pH計與pH值控制系統(tǒng)和閥門一起控制堿液的投加量，廢水出管設(shè)置在外管上部，沉淀物排出管設(shè)置在外管底部。工藝是在下填料層底部通入空氣，廢水和鎂鹽溶液從內(nèi)管頂部進入，廢水經(jīng)填料層脫氣并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由內(nèi)管底部進入外管進行鳥糞石晶體的沉淀，在下填料層上方和外管下部投放堿液調(diào)節(jié)pH值，鳥糞石晶體定期從外管底部排入沉淀池，其上清液與處理過的廢水一起流進污水處理系統(tǒng)的集水井。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，磷的回收率高。
文檔編號C01B25/45GK101811688SQ20101016923
公開日2010年8月25日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者周峰, 方海峰, 李超群, 林木蘭, 林金清, 汪惠陽, 游俊仁, 金春英, 黃穎 申請人:華僑大學(xué)