專利名稱：一種回收尿液中氮、磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生活污水源分離技術(shù)領(lǐng)域，涉及尿液處理及營養(yǎng)元素回收的一種化學(xué)方法，特指一種回收尿液中氮、磷的方法。
背景技術(shù)：
廢水中的氮、磷是引起湖泊和封閉近岸海域富營養(yǎng)化現(xiàn)象的重要元素，但也是重要的工業(yè)和農(nóng)業(yè)資源；因此，從不同的廢水中去除和回收氮、磷，既可以達(dá)到保護環(huán)境的目的，又能做到能源回收利用，其相關(guān)的回收技術(shù)引起人們越來越多的重視；城市污水中的氮、磷濃度通常較低，直接從中回收比較困難而且也不經(jīng)濟；人類尿液中氮和磷分別占城市污水中氮、磷負(fù)荷的80%和50%左右，且人類尿液中的氮、磷濃度遠(yuǎn)高于一般城市污水，因此，在尿液排入下水道之前首先進(jìn)行分離收集然后處理回用的技術(shù)(“源分離”技術(shù))，一方面可以有效提高目前污水處理廠的出水水質(zhì)，并節(jié)省能耗和投資；另一方面還可以實現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用。對于分離尿液的處理方法目前的研究有硝化/反硝化技術(shù)，納濾去除微污染物質(zhì)技術(shù)，直接作為肥料應(yīng)用，冰凍減量濃縮技術(shù)，酸化保存技術(shù)，吹脫技術(shù)以及鳥糞石結(jié)晶和氨吸附技術(shù)等；這些方法技術(shù)中，由于磷酸銨鎂結(jié)晶技術(shù)(MAP，又稱為鳥糞石)可以直接將廢水中的氮、磷同時轉(zhuǎn)化為可用的無機肥料而成為一種較有前景的處理方法，目前該工藝在各種高氨氮或含磷廢水中得到廣泛應(yīng)用和研究，如糅革工業(yè)廢水，厭氧消化上清液， 污泥上清液，垃圾滲濾液，還有養(yǎng)豬廢水等，所有這些研究結(jié)果都表明該工藝能夠有效去除和回收廢水中的氨氮和磷；盡管Ban等已將該工藝應(yīng)用于從分離尿液中回收氮、磷，并取得了預(yù)想的效果，但一方面他們都采用了新鮮尿液作為研究對象，而尿液中尿素在條件適合時短時間會分解導(dǎo)致尿液PH、氮、磷等濃度明顯變化，另一方面，為避免反應(yīng)過程中pH的調(diào)節(jié)，他們采用投加不便的固體MgO作為沉淀劑，因此影響了 MAP工藝的效率及應(yīng)用。最近以 MAP沉淀法回收源分離尿液中氮、磷的研究，僅見哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙慶良等發(fā)表了 “MAP結(jié)晶法回收和去除尿液中的磷” 一文(環(huán)境科學(xué)，2007. 10)，采用分解后穩(wěn)定的分離尿液作為對象，分別就Mg :P摩爾比、反應(yīng)pH值、反應(yīng)時間、沉淀時間以及攪拌速度等因素對MAP沉淀結(jié)晶工藝的影響進(jìn)行了試驗，同時對所形成的產(chǎn)物進(jìn)行了分析，以確定其主要成分和晶體類型；該研究以分解后的尿液為研究對象，以回收和去除磷為目標(biāo)，采用MgCl2 ·6Η20溶液作為MAP結(jié)晶劑，對MAP結(jié)晶同步回收尿液中的磷和部分氮的影響因素Mg/P043_-P摩爾比、反應(yīng)PH、反應(yīng)時間、沉淀時間和攪拌速度等進(jìn)行小試試驗。結(jié)果表明，Mg/P043_-P摩爾比是重要的運行參數(shù)，當(dāng)其摩爾比超過1. 3:1時，磷的回收率超過95%，上清液剩余Ρ043_-Ρ濃度小于10mg/L，而提高反應(yīng)pH不能明顯增加磷的回收率。

發(fā)明內(nèi)容
新鮮的尿液是弱酸性的，pH約為6-7，主要成分有尿素、鈣、鎂、鉀、鈉、氨、磷酸鹽、 碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、有機物質(zhì)、細(xì)菌等；高濃度尿液的可生物降解性使細(xì)菌迅速的生長，結(jié)果使尿液在收集和貯存的過程中，化學(xué)成分發(fā)生重大的變化；由于尿液水解生成氨和二氧化碳，使PH迅速上升到9，水解穩(wěn)定后的尿液中NH4 + -N濃度可達(dá)8000mg/L，P043—-P濃度可達(dá)200mg/L，N/P摩爾比大于50。因此，采用MAP沉淀法以回收磷為目標(biāo)必然使得尿液中仍剩余大量氮，達(dá)不到污染控制及資源回收的整體要求。本發(fā)明針對上述問題，結(jié)合尿液N/P比相差較大的實際情況，通過添加磷酸鹽和鎂鹽，并合理控制反應(yīng)條件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉淀物的形式回收。首先，新鮮的尿液收集后應(yīng)加蓋貯存，根據(jù)季節(jié)及環(huán)境溫度不同，約10天左右pH 可上升到9，貯存過程以pH監(jiān)測為準(zhǔn)，達(dá)到9以上即可進(jìn)行回收氮、磷的操作；取樣檢測 NH4 + -N 和 P043—-P 濃度，按摩爾比 η (Mg) :n (P) :η (N) =1.3:1:1 投加 Na2HPO4 和 MgCl2,控制攪拌速度為lOOr/min，反應(yīng)時間為lOmin，沉淀1小時后即可分離上清液得到MAP沉淀物。本發(fā)明根據(jù)尿液水解后所含NH4 + -N和P043—-P濃度，按一定摩爾比投加磷酸鹽和鎂鹽，通過合理控制反應(yīng)條件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉淀物的形式回收，和現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅回收了磷，同時利用了尿液中富含的氮，使得氮、磷均大幅度降低，氮、磷回收
率高達(dá)95%左右。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，將新鮮的尿液稀釋到2 3倍，并將PH值控制在9. 5^9. 8，可以進(jìn)一步提高氮的回收效率，可達(dá)98%。
具體實施例方式實例
經(jīng)微量稀釋(稀釋2倍)的IOL新鮮尿液貯存10天后，測定NH4+ -N含量為4350mg/ L、P0/—-P 含量 112mg/L, pH 為 9. 6，按摩爾比 η (Mg) :η(Ρ) :η(Ν) = 1· 3 :1 :1 投加 Na2HPO4 · 12H20和MgCl2 · 6H20各1099g和816g，控制攪拌速度為100r/min,反應(yīng)時間為 lOmin，反應(yīng)溫度為15°C的條件下沉淀1小時后分離上清液得到MAP沉淀物，經(jīng)測定上清液中剩余NH4+ -N約125mg/L、P043—-P約7mg/L，氮、磷回收率分別為98%和94%。
權(quán)利要求
1.一種回收尿液中氮、磷的方法，其特征在于將新鮮的尿液收集后加蓋貯存，待尿液 PH值達(dá)到9以上即可進(jìn)行回收氮、磷的操作；取樣檢測NH4+ -N和P043—-P濃度，按摩爾比 η (Mg) :η(Ρ) :η(Ν) = 1. 3 1 :1 投加 Na2HPO4 和 MgCl2，控制攪拌速度為 100r/min，反應(yīng)時間為lOmin，沉淀1小時后即可分離上清液得到MAP沉淀物。
2.如權(quán)利要求1所述的一種回收尿液中氮、磷的方法，其特征在于將新鮮的尿液稀釋到2 3倍，并將PH值控制在9. 5 9. 8。
全文摘要
本發(fā)明屬于生活污水源分離技術(shù)領(lǐng)域，涉及尿液處理及營養(yǎng)元素回收的一種化學(xué)方法，特指一種回收尿液中氮、磷的方法。首先，新鮮的尿液收集后應(yīng)自然加蓋貯存，根據(jù)季節(jié)及環(huán)境溫度不同，約10天左右pH可上升到9，貯存過程以pH監(jiān)測為準(zhǔn)，達(dá)到9以上即可進(jìn)行回收氮、磷的操作；取樣檢測NH4＋-N和PO43―-P濃度，按摩爾比n(Mg)∶n(P)∶n(N)＝1.3∶1∶1投加Na2HPO4和MgCl2，控制攪拌速度為100r/min，反應(yīng)時間為10min，沉淀1小時后即可分離上清液得到MAP沉淀物。本發(fā)明根據(jù)尿液水解后所含NH4＋-N和PO43―-P濃度，按一定摩爾比投加磷酸鹽和鎂鹽，通過合理控制反應(yīng)條件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉淀物的形式回收，使得氮、磷均大幅度降低，氮、磷回收率高達(dá)95％左右。
文檔編號C01B25/45GK102167434SQ201110037688
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者張鳳娥, 涂保華, 董良飛, 蔣健釵 申請人:常州大學(xué)