本發(fā)明涉及一種將采用尿液源分離自動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)尿液源頭自動(dòng)分離收集，并結(jié)合化糞池廢水厭氧上清液的理化性質(zhì)，將尿液和上清液作為鳥糞石反應(yīng)原液來制備高純度鳥糞石的方法，屬于環(huán)境技術(shù)與農(nóng)業(yè)資源利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國村鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，一系列環(huán)境問題日益突出。村鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的缺乏導(dǎo)致人們將生活污水，尤其是廁所污水直接排放到當(dāng)?shù)睾拥?、湖泊等，不僅僅造成了大量磷資源的流失，同時(shí)高濃度的氮磷也造成了嚴(yán)重的水體污染。目前，水體的富營養(yǎng)化已經(jīng)成為污染我國水體的最大因素，污水處理廠污水處理費(fèi)用也在很大程度上主要用于去除水體中氮磷等。同時(shí)，磷是有機(jī)體不可或缺的生命元素，也是“單一流向”的不可再生自然資源。目前市場中的磷肥絕大部分來自對磷礦石的開采，然后由于磷礦石的過度開采和磷的不可再生等特點(diǎn)使得可以利用的磷礦石日益緊張。因此如何將富含有大量氮磷廢水中磷的回收農(nóng)用是目前亟待解決的重大問題。尿液中含有生活污水中50％以上的磷，但是其體積占生活污水體積的不到1％，同時(shí)化糞池廢水經(jīng)過厭氧發(fā)酵處理后的上清液含有大量的鎂源，同時(shí)也富含氮磷等營養(yǎng)元素，這使得同步回收尿液和化糞池廢水中的磷具有可行性和必要性。目前以鳥糞石法回收廢水中磷過程中的鎂源主要有MgCl₂、MgO以及海水和鹽鹵等，這樣無形中增大了磷回收成本。本發(fā)明結(jié)合尿液和化糞池廢水的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同步回收兩廢水中的磷而無需外部鎂源的添加，降低了成本；同時(shí)回收的鳥糞石是一種高效緩釋肥，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明通過對現(xiàn)有村鎮(zhèn)公廁小便器后端排污管路進(jìn)行簡單改造即可實(shí)現(xiàn)將尿液的自動(dòng)分離收集，同時(shí)將化糞池廢水經(jīng)過厭氧發(fā)酵后的上清液作為鎂源與尿液按著一定比例混合同步回收上清液和尿液中的磷，即可得到高純度的鳥糞石灰白色沉淀。本發(fā)明具有成本低廉，工藝簡單，快速高效等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明結(jié)合村鎮(zhèn)公廁含氮磷濃度高的尿液以及富含鎂源的化糞池廢水，通過嚴(yán)格控制兩種廢液的混合比例來同步回收尿液和化糞池廢水中的氮磷來制備高純度鳥糞石。該技術(shù)不僅能夠降低公廁廢水中的氮磷濃度，減少其對環(huán)境污染；而且廢水中的氮磷以鳥糞石緩釋肥形式回收，減少了磷資源浪費(fèi)，有較高經(jīng)濟(jì)效益和良好環(huán)境效益，具有廣闊前景。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是利用尿液源分離控制器將尿液和沖洗水分離收集，然后將源分離的高濃度尿液和化糞池廢水厭氧發(fā)酵后的上清液以一定比例混合，在不斷攪拌下同步回收尿液和化糞池廢水中的氮磷，得到富含鳥糞石的灰白色沉淀。其特征在于方法按著如下步驟進(jìn)行：

將傳統(tǒng)水沖式廁所內(nèi)小便器排污管路進(jìn)行簡單改造(圖1)，即將原有的單通道排污管道改為水平雙通道排污通道，其中一端用于排放源分離尿液(圖1，7)，另一端用于排放沖洗水(圖1，8)。整個(gè)尿液源分離控制器(圖1，1)主要是通過可編程控制器PLC(三菱FX1N-14MR-001)采集紅外感應(yīng)信號(hào)并將其作為中斷源來控制氣泵(奧突斯550W-18L)的啟停，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對兩路管路上夾管閥的啟?？刂苼韺?shí)現(xiàn)尿液和沖洗水自動(dòng)分離收集。具體原理如下：1.用于排放尿液管路的夾管閥的工作方式設(shè)定為常閉式，用于排放沖洗水的夾管閥的工作方式設(shè)定為常開；2.設(shè)定紅外感應(yīng)器參數(shù)為：感應(yīng)距離30cm，感應(yīng)角度135度；3.當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人來時(shí)自動(dòng)開啟沖水開關(guān)并保持2秒，隨后關(guān)閉沖洗水管路夾管閥并開啟尿液收集管路夾管閥，直至人離開；4.當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人離開后延遲0.5秒關(guān)閉尿液管路夾管閥，開啟沖洗水管路夾管閥并延遲0.2秒后自動(dòng)打開沖洗水龍頭，保持開啟2秒后自動(dòng)關(guān)閉。采用尿液源分離分離控制器收集到的尿液純度能夠達(dá)到98％以上(收集的尿液中正磷酸鹽濃度/純尿液中正磷酸鹽濃度＞98％)。收集到的尿液存放7天后即可使用(尿液水解使得pH＞9.0)。

化糞池廢水每隔2天攪拌30min，且攪拌速率為120r/min。隨后用水泵(本發(fā)明用不銹鋼自吸泵，南方泵業(yè)JET-45)將上清液抽到上清液存放池(見圖2)左側(cè)格子中。其后經(jīng)過兩層格柵(圖2，2、3)(孔徑均＜0.2cm)。

將步驟1和2中得到的尿液和上清液按著一定體積混合形成富含鳥糞石的灰白色沉淀，具體步驟為：1.本發(fā)明中所提到的兩種原液混合反應(yīng)時(shí)所采用的裝置為全自動(dòng)鳥糞石反應(yīng)器，如圖3所示。全自動(dòng)鳥糞石反應(yīng)器帶有pH傳感電極，攪拌電機(jī)以及蠕動(dòng)泵等關(guān)鍵部件(圖3，1)；2.兩種原液分別經(jīng)過添加石英砂的細(xì)長有機(jī)玻璃柱后按著一定比例混合(圖3，3、4)后進(jìn)入鳥糞石反應(yīng)罐體(圖3，2)；3.將全自動(dòng)鳥糞石反應(yīng)器pH電極設(shè)定為8.5，每隔2秒鐘自行檢測反應(yīng)液pH，然后根據(jù)pH變化自動(dòng)添加尿液或者上清液；4.設(shè)定攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min，每攪拌5min后靜置10min；5.全自動(dòng)鳥糞石反應(yīng)器中所有閥門均由主控器(圖3，1)控制，保證混合液流經(jīng)反應(yīng)器罐體2次，以回收更多的磷；6.靜置后即有大量富含鳥糞石的灰白色沉淀物形成；

采用XRD和化學(xué)方法檢測分析沉淀中鳥糞石的純度。XRD圖譜定性描述了沉淀物中鳥糞石純度大于90％(圖4)。取沉淀1.0g溶于1.0L超純水(pH＝5.3)中，化學(xué)方法測得沉淀 溶解后溶液的正磷酸鹽濃度為135.3mg/L，接近鳥糞石中磷的含量126.5mg/L(理論值)，因此鳥糞石純度大于93％。

本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明在無需外加鎂源情況下，將源分離儲(chǔ)存尿液和化糞池厭氧發(fā)酵上清液按著一定比例混合使得廢水pH在8.4～8.6范圍內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)尿液和化糞池厭氧上清液中磷的同步回收，這樣就大幅度降低了磷回收成本，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；

2)本發(fā)明能夠在較短時(shí)間(30min)內(nèi)同步回收尿液和化糞池廢水中絕大部分磷(＞95％，初始178.4mg/L，最終7.27mg/L)，且回收的沉淀中含有豐富的鳥糞石晶粒，其純度大于93％；

附圖說明

圖1.尿液源分離控制系統(tǒng)；

圖2.化糞池厭氧上清液儲(chǔ)存池；

圖3.全自動(dòng)鳥糞石反應(yīng)器；

圖4.灰白色沉淀XRD衍射圖譜。

具體實(shí)施方式：

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，由城鎮(zhèn)化過程帶來的環(huán)境污染問題日益凸顯。村鎮(zhèn)污水管網(wǎng)尚未普引起的生活污水的任意排放已經(jīng)造成了嚴(yán)重的水體污染。針對上述情況，本發(fā)明結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況以及村鎮(zhèn)公廁污水的特點(diǎn)，發(fā)明了一種快速高效同步回收源分離尿液和化糞池厭氧上清液中磷的方法。其原理是在一定pH范圍內(nèi)(8.4～8.6)，當(dāng)鳥糞石原液中PO₄^3--P、NH₄⁺-N和Mg²⁺的離子積大于鳥糞石的溶解度K_SO時(shí)，即溶液過飽和度Ω＞1是，三種離子會(huì)結(jié)合并以沉淀形式沉積下來。本發(fā)明通過控制反應(yīng)液的pH來實(shí)現(xiàn)源分離尿液和上清液按著一定比例混合(圖4中流量計(jì)結(jié)果顯示尿液與上清液體積比在4/1～3/1范圍內(nèi))形成灰白色沉淀。沉淀中富含鳥糞石晶粒，同時(shí)鳥糞石也是一種高效緩釋肥，因此回收廢水中氮磷具有廣闊前景。

本發(fā)明具體實(shí)施方案如下：

對傳統(tǒng)水沖式廁所小便器排污管路進(jìn)行簡單改造。將原有排污管道作為沖洗水管路直接接入化糞池，增加尿液收集管路(后端接入尿液儲(chǔ)存罐)；

將傳統(tǒng)水沖式廁所小便器的紅外感應(yīng)器的控制參數(shù)進(jìn)行修改，其輸出信號(hào)作為尿液源分離控制器的中斷信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)尿液源分離系統(tǒng)的控制。具體原理：1.用于排放尿液管路的夾管閥的工作方式設(shè)定為常閉式，用于排放沖洗水的夾管閥的工作方式設(shè)定為常開；2.設(shè)定紅外感應(yīng)器參數(shù)為：感應(yīng)距離30cm，感應(yīng)角度135度；3.當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人來時(shí)自動(dòng)開啟沖水開關(guān)并保持2秒，隨后關(guān)閉沖洗水管路夾管閥并開啟尿液收集管路夾管閥，直至人離開；4.當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人離開后延遲0.5秒關(guān)閉尿液管路夾管閥，開啟沖洗水管路夾管閥并延遲0.2秒后自動(dòng)打開沖洗水龍頭，保持開啟2秒后自動(dòng)關(guān)閉。采用尿液源分離分離控制器收集到的尿液純度能夠達(dá)到98％以上(收集的尿液中正磷酸鹽濃度/純尿液中正磷酸鹽濃度＞98％)。收集到的尿液存放7天后即可使用(尿液水解使得pH＞9.0)。

將化糞池廢水經(jīng)過17～23天的厭氧發(fā)酵，隨后將上清液抽入帶有雙層格柵(孔徑＜1cm)過濾的上清液儲(chǔ)存池右側(cè)隔間(圖2)；

設(shè)定鳥糞石全自動(dòng)反應(yīng)器pH為8.5，攪拌轉(zhuǎn)速為120r/min，攪拌時(shí)間為每5min后靜置10min?？删幊炭刂破鱌LC(三菱FX1N-14MR-001)采集pH電極信號(hào)并將此信號(hào)作為中斷源來實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)器上的蠕動(dòng)泵(分別向鳥糞石全自動(dòng)反應(yīng)器添加儲(chǔ)存尿液和化糞池厭氧上清液)的開停的控制；

靜置結(jié)束后自動(dòng)打開沉淀出口閥門將沉淀排出。反應(yīng)后的廢液排放到土地處理系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理。

本發(fā)明中尿液源分離控制器主要部件包括：新增管路DN32 PPR，PLC型號(hào)三菱FX1N-14MR-001；設(shè)定參數(shù)為：感應(yīng)距離為30cm，感應(yīng)角度為135度。

本發(fā)明采用的鳥糞石全自動(dòng)反應(yīng)器所用部件包括：1.亞克力有機(jī)玻璃反應(yīng)器；2.pH電極型號(hào)：梅特勒HA405-DXK-S8；設(shè)定參數(shù)為pH＝8.5，攪拌速度V＝120r/min，攪拌時(shí)間T＝10min。

為了更詳細(xì)介紹本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)例來說明

本發(fā)明依托于“十二五”科技支撐計(jì)劃《村鎮(zhèn)環(huán)境監(jiān)測與景觀建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究》，其配套工程坐落在蘇州市相城區(qū)太東路一家生態(tài)科技公司(距離京滬高鐵蘇州北站約2公里)。本地原屬蘇州市一村莊，污水管網(wǎng)尚未鋪設(shè)。該公司員工加上來往的行人估計(jì)客流量為20人/天。公司內(nèi)部有水沖式公廁一個(gè)，所排污水經(jīng)過化糞池和人工濕地后排入旁邊的河道。本發(fā) 明結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況發(fā)明了一種快速高效同步回收源分離尿液和化糞池厭氧上清液中磷的方法，并且無需任何外在鎂源添加。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示兩原液混合液中磷回收率大于95％，且鳥糞石純度大于93％。