專利名稱：一體化鳥糞石法氮磷回收裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境工程水處理領域，涉及物理化學法處理含氮、磷廢水反應裝置，尤其以磷酸銨鎂結晶(鳥糞石)回收污水中氮磷的裝置。
背景技術：
富含Ρ043_-Ρ和NH4+-N的廢水是造成水體富營養化的重要原因。這種廢水來源廣， 排水量大，污染性不容忽視。同時磷又是一種非常重要的不可再生資源，據美國地質調查 局(USGS)的資料估計，地球上的磷礦資源儲量只能維持90年。而我國磷礦儲量中雜質含 量低，品位高的磷礦預計在未來10 15年將被開采完，因此國土資源部已將磷礦資源列為 2010年后不能滿足國民經濟發展要求的20種礦石之一。與之形成對比，污水中流失的磷量 是非常巨大的，自然界中的磷80%來自生活污水的排放，因此現在許多國家都非常重視從 污水中回收磷進行再利用。瑞典政府已明確規定，在2015年之前的中期目標是從污水中回 收不少于60 %的磷用于生產用地，其中不少于50 %用于可耕地。鳥糞石法脫氮除磷，不僅可以減少進入水環境的氮、磷量，而且可以回收部分磷， 進行再利用，緩解磷資源的匱乏。當污水中存在Mg2+、NH4+以及Po/—，且離子濃度積大于溶 度積常數Ksp時，會自發生成鳥糞石并形成沉淀，進而實現NH4+以及PO43-同時去除。反應 式為Mg2++NH4++P043、6H20 — MgNH4PO4 · 6H20 I鳥糞石法回收氮磷仍存在一些重要問題，即鳥糞石晶體生長緩慢，處理水力停留 時間長，脫氮除磷效率低下，回收效率差。雖然可以通過改變PH值、氮磷鎂的摩爾比，調整 沉淀反應條件，投加晶種等措施提高晶體生長速度，但是容易引起副反應，降低鳥糞石純度 及回收量。目前鳥糞石回收氮磷的裝置主要有三類流化床、沉淀池、結晶反應器。這些反 應裝置雖然各具優勢，在實際過程中都有所應用，并取得了一定的脫氮除磷效果及回收效 率。但是也存在一些不足之處①流化床反應裝置通常在反應器外部配有投加外源晶種設 備或鳥糞石載體填料脫膜分離器，增加了裝置結構的復雜性，配套設備投資多，操作難度增 大；②沉淀池反應裝置通常采用鳥糞石沉淀至反應器底部，定期排除。實際廢水中含有大量 懸浮固體及有機顆粒，在鳥糞石沉淀過程中，會網捕這些顆粒，使得沉淀中雜質含量增多， 增加了后續回收利用的麻煩；③結晶反應器裝置通常結構復雜，能耗較大，操作流程復雜， 應用不多；④當溶液過飽和度較大時，鳥糞石在短時間內結晶，形成細微粒子，容易從出水 流失，使鳥糞石回收率降低至大約60 70% ；⑤鳥糞石易于結垢，目前許多反應器掛壁現 象顯著，嚴重影響了鳥糞石的回收效率，而且減小了反應器的有效體積，降低了反應器的效 率。

發明內容
本發明的目的是為了提供一種改進的流化床氮磷回收一體化裝置，以彌補上述鳥 糞石沉淀裝置的不足之處，解決鳥糞石回收氮磷的具體問題，提高廢水處理效果，增加鳥糞石回收量及純度，以便后續利用。為達到上述目的，本發明的解決方案是一種一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，由下而上依次設置沉淀區、混合反應區、晶體生長區、晶體捕集及出水區等功能區，各功能區段 橫截面積呈階梯式增加；沉淀區底部為圓錐形，錐形底部設有排泥閥，定期排出沉淀物質；混合反應區設有進水口、藥劑投加口、堿液投加口、回流液入口及第一級環狀曝氣 器；晶體生長區設有第二級環狀曝氣器；晶體捕集及出水區底部設有回流液出水口，并設有多層錐形濾網，通過支架固定 在晶體捕集及出水區。此外，還設有鋸齒形出水堰和收集水槽。晶體生長區底部設有第二級環狀曝氣器。裝置內部采取二級曝氣進行混合液的混 合和提升。其中，第一級環狀曝氣器為促進大量鳥糞石微細晶體快速形成；第二級環狀曝氣 器為促進晶體成長，并防止晶體在反應器內壁結垢。進水口、藥劑投加口、回流液入口在反應裝置混合反應區的同一橫截面積上，堿液 投加口在它們略上方的位置，有利于反應效果提高。反應裝置設有回流，通過回流可強化控制鳥糞石的過飽和率。多層錐形濾網，采用不同規格孔徑(例如0. Imm Imm)的不銹鋼絲網或改性工業 濾布組成，孔徑沿水流方向逐級減小。當混合液流經多層錐形濾網時，鳥糞石在其表面吸 附、生長，通過定期將多層錐形濾網提升出反應裝置，則可刮除并回收其累積的晶體物質。回流比可通過調節回流泵的流速進行控制；取進水口附近水樣進行離子濃度及 PH值的測定，通過計算可得過飽和率，進而可調節回流泵流速。濾網的層數視反應器大小及出水效果而定。濾網邊緣附著于錐形支架上，錐頂部 可設置開口以使水流通暢，開口的口徑大小視情況而定。濾網可采用改性工業濾布替代，其 中“改性”指在濾布上涂上一些有機材料，納米材料等，優化濾布性能。由于采用上述方案，本發明的有益效果是1、本發明裝置在出水區設有多層濾網，為鳥糞石晶體提供結晶種，逐級吸附顆粒 較小的鳥糞石晶體，有效防止細微粒子隨出水流失，增加了鳥糞石的回收效率。而且，濾網 可從裝置中取出，鳥糞石晶體干燥后，刮刷即可得到，操作方便。2、濾網吸附鳥糞石晶體，純度可達96%以上，無重金屬污染。3、通過調節適當的回流比，可以強化控制鳥糞石反應的過飽和率，防止飽和度過 大引起鳥糞石急速反應，鳥糞石晶體細小、不均等現象。同時，以回流的鳥糞石晶體作為晶 種，縮短了晶體生長的時間，使裝置內保有一定的固相量，提高了回收晶體的純度。裝置不 需要連續投加外源晶種，降低了運行成本和操作難度。4、反應裝置由下至上各區段橫截面積逐級增加，有利于保持晶體生長區的過飽和度。5、反應裝置內設有兩級環狀曝氣器，為鳥糞石反應提供混合能及上升流的推動 力。混合反應區曝氣量較大，為鳥糞石反應提供適當的攪拌強度；晶體生長區曝氣量較小， 促進鳥糞石晶體生長，防止鳥糞石晶體在反應器內壁結垢。
6、反應裝置運行過程中，控制溶液過飽和率在2 5以內，可使晶體成核及成長速 率較快，進而縮短水力停留時間。


圖1為一體化氮磷回收裝置的平面圖。圖2為一體化氮磷回收裝置去掉濾網后的平面圖。圖3為一體化氮磷回收裝置的A-A剖面圖。圖4為一體化氮磷回收裝置的B-B剖面圖。圖5為濾網及支架的平面圖。圖6為濾網及支架的剖面圖。圖中編號1為出水管，2為回流出水口，3為回流進水口，4為藥劑投加口，5為進 水口，6為出水堰；7為反應裝置的沉淀區，8為反應裝置的混合反應區，9為反應裝置的晶體 生長區，10為反應裝置的晶體捕集及出水區，11為濾網，12為濾網支架，13為堿液投加口， 14為第一級環狀曝氣器，15為第一級進氣管，16為第二級環狀曝氣器，17為第二級進氣管， 18為排泥閥，19為收集水槽。
具體實施例方式以下結合

本反應裝置的具體實施方式
。一種一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，由下而上依次設置沉淀區7、混合反應區8、 晶體生長區9、晶體捕集及出水區10等功能區，各功能區段橫截面積呈階梯式增加。沉淀區 7底部為圓錐形，錐形底部設有排泥閥18，為保持反應裝置內一定的固相量，定期由沉淀區 底部漏斗排出沉淀物質；混合反應區8設有進水口 5、藥劑投加口 4、堿液投加口 13、回流液 入口 3及第一級環狀曝氣器14 ；晶體生長區9為鳥糞石晶體生長區段，在晶體生長區9的 底部設有第二級環狀曝氣器16 ；晶體捕集和出水區10底部設有回流出水口 2，并設有多層 錐形濾網11，通過支架12固定在晶體捕集區及出水區10，此外，還設有鋸齒形出水堰6和 收集水槽19。本發明中，裝置內部采取二級曝氣進行混合液的混合和提升。其中，第一級環狀曝 氣器14為促進大量鳥糞石微細晶體快速形成；第二級環狀曝氣器16為促進晶體成長，并防 止晶體在反應器內壁結垢。本發明中，進水口 5、藥劑投加口 4、回流液入口 3在反應裝置混合反應區8的同一 橫截面積上，堿液投加口 13在它們略上方的位置，有利于反應效果提高。本發明中，反應裝置設有回流，通過回流可強化控制晶體生長區段中鳥糞石反應 的過飽和率。回流液入口和出口通過回流泵連接。本發明中，多層錐形濾網11采用不同規 格孔徑(例如0. Imm Imm)的不銹鋼絲網或改性工業濾布組成，孔徑沿水流方向逐級減 小。當混合液流經多層錐形濾網11時，鳥糞石在其表面吸附、生長，通過定期將多層錐形濾 網11提升出反應裝置，則可刮除并回收其累積的晶體物質。本反應裝置運行過程中，廢水經由位于混合反應區的進水口 5，藥劑經由位于混合 反應區的藥劑投加口 4，堿液經由位于混合反應區的堿液投加口 13進入本反應裝置。調節 pH值在7. 5 9. 5，在第一級環狀曝氣器14作用下，廢水與藥劑、堿液在混合反應區充分混合，形成鳥糞石微細晶體。混合液夾雜晶體進入晶體生長區9，晶體繼續長大，調節第二級環狀曝氣器16曝氣量，促進晶體生長，并防止晶體在反應器內壁結垢。第一段環狀曝氣量為3 5L/min，第二段環狀曝氣量為1 2L/min。環狀曝氣器內接在反應器內壁上，分別位于混合反應區和晶體生長區底部。形成的大顆粒晶體沉降至沉淀區7，小顆粒隨水流進入晶體捕集及出水區10，吸 附在濾網11上逐漸長大，定期將濾網11從反應裝置中取出、刮刷得到晶體。出水經由鋸齒 形出水堰6，由收集水槽19收集，經由出水管1排出。沉淀區7底部為圓錐形，設有排泥閥 18，控制晶體停留時間，可定期排除沉淀區的沉積物。晶體捕集及出水區10設有多層錐形濾網11，濾網配有支架12。濾網11可通過支 架12固定于反應器的晶體捕集及出水區，也可通過支架12從中取出反應裝置，通過刮刷濾 網上吸附的鳥糞石晶體來進行回收。濾網11呈倒置漏斗形，可采用不同規格孔徑(0. Imm Imm)的不銹鋼絲網或改性工業濾布材料，目前不銹鋼絲網應用較廣，但其加工煩瑣，考慮采 用復合濾布材料，方便加工，并可以提高操作的靈活性。支架頂部伸出反應裝置部分設有三 個架腳，架在反應裝置外緣上。反應裝置設有二級環狀曝氣器，配合不同目的，調節不同曝氣量。混合反應區8的 第一級環狀曝氣器14，提供反應充分混合的混合能，推動反應液夾雜鳥糞石晶核向上流動； 晶體生長區9柱狀區底部的第二級環狀曝氣器16，促進鳥糞石晶體生長，防止其在反應器
內壁結垢。通過調節回流量，確定適宜的回流比，強化控制鳥糞石的過飽和率，回流部分新生 鳥糞石晶體作為晶種，提高回收率，改善晶體的沉淀性能。取進水口附近水樣進行離子濃度 的測定，通過計算可得過飽和率，進而調節回流泵流速。實施例養雞場發酵池廢水，COD(化學耗氧量)濃度為10000mg/L左右，氨氮3000 4000mg/L,總磷400 500mg/L，經過60目篩子篩濾預處理，以MgCl2 □ 6H20和 Na2HPO4 □ 12H20為沉淀劑，10%的NaOH溶液調節pH值，進行鳥糞石脫氮除磷及回收。反應器總高度52cm，有效高度49cm，總體積為4L。底部設有錐形漏斗收集沉淀， 漏斗體積為0. 09L，漏斗上端緩沖層高度3cm，混合反應區高度為10cm，直徑7cm，底端設有 環狀曝氣，使廢水與投加藥劑充分混合，晶體生長區高度20cm，直徑11cm，底部設有環狀曝 氣，沖刷內壁，防止鳥糞石晶體在晶體生長區內壁結垢。混合反應區和晶體生長區橫截面 積不同，形成漸擴區域，高度2cm。晶體生長區上部為晶體捕集及出水區域，高度9cm，直徑 15cm。內部設有鋸齒形出水堰及捕集晶體的濾網，濾孔面積1mm2。濾網呈倒置漏斗形，底部 直徑2cm，上部直徑13cm，高度9cm，總面積212cm2。濾網上部設有7cm高的提升支架，方便 將濾網從反應器內取出。進水口，進藥口與回流口位于距漸擴區域底部4cm處，廢水和沉淀劑以鎂氮磷摩 爾比1.2 1 1進入反應器，10% NaOH溶液從位于進水口上端2cm的進堿口進入反應 器，調節混合液PH在9. 5左右。回流量3 4mL/min，用以調節反應器內部的過飽和率，混 合反應區曝氣量為4 5L/min，晶體生長區曝氣量為1 2L/min，水力停留時間為54min。 連續運行，每2天排一次泥。氨氮去除率在87%左右，總磷去除率為82%，COD去除率也可 達到38. 3%。回收的鳥糞石晶體純度可達96%以上，方便回收利用。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發 明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的 一般原理應用到其他實施例中而 不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施 例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在 本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，由下而上依次設置如下功能區沉淀區(7)、混合反應區(8)、晶體生長區區(9)、晶體捕集及出水區(10)，其特征在于沉淀區(7)底部為圓錐形，錐形底部設有排泥閥(18)，定期排出沉淀物質；混合反應區(8)設有進水口(5)、藥劑投加口(4)、堿液投加口(13)、回流液入口(3)及第一級環狀曝氣器(14)；晶體捕集和出水區(10)設有回流液出水口(2)，并設有多層錐形濾網(11)，濾網通過支架(12)固定在晶體捕集及出水區(10)。
2.根據權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述各功能區 段橫截面積呈階梯式增加。
3.根據權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述晶體生長 區(9)為鳥糞石晶體生長區段，在晶體生長區(9)的底部設有第二級環狀曝氣器(16)。
4.根據權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于還設有鋸齒形 出水堰(6)和收集水槽(19)。
5.根據權利要求1、3所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述第一級 環狀曝氣器(14)為促進大量鳥糞石微細晶體快速形成；第二級環狀曝氣器(16)為促進晶 體成長，并防止晶體在反應器內壁結垢。
6.根據權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于進水口(5)、藥 劑投加口(4)、回流液入口(3)在反應裝置混合反應區(8)的同一橫截面積上，堿液投加管 (13)在它們上方的位置。
7.根據權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于還設有回流裝 置以強化控制鳥糞石的過飽和率。
8.根據權利要求1所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于多層錐形濾網 (11)由不銹鋼絲網或改性工業濾布組成，孔徑沿水流方向逐級減小。
9.根據權利要求8所述的一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，其特征在于所述不銹鋼絲 網或改性工業濾布的孔徑為0. Imm 1mm。
全文摘要
一體化鳥糞石法氮磷回收裝置，涉及環境工程水處理領域，是一種物理化學法處理含氮、磷廢水反應器。它是以磷酸銨鎂(鳥糞石)形式去除廢水中氮、磷物質，并進行回收再利用。反應裝置為一體化形式，由下到上依次設置沉淀區、混合反應區、晶體生長區、晶體捕集及出水區，混合反應區設有第一級曝氣器，主要為廢水和藥劑充分混合反應區；晶體生長區設有第二級曝氣器，主要為鳥糞石生長區；沉淀區內主要沉積大顆粒鳥糞石晶體；晶體捕集及出水區則通過濾網捕集來回收鳥糞石晶體。此外，裝置還通過外回流來強化控制鳥糞石反應的過飽和率，促進晶體生長。本發明裝置工藝流程簡單，具有水力停留時間短，氮磷回收效率高，回收純度高，占地面積小，運行維護費用低等優點。
文檔編號C01B25/45GK101817581SQ201010141900
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者劉戰廣, 周雪飛, 張亞雷, 朱洪光, 楊鴻瑞, 蘇鴻洋 申請人:同濟大學