一种生活污水中的氮磷离子分离提取并资源化方法

专利名称：一种生活污水中的氮磷离子分离提取并资源化方法
技术领域：
本发明涉及电场、自动控制以及环保技术，是一种将混排的生活污水中氮磷离子的分离提取以及资源化技术，能够对水体污染进行控制，提取污水中氮磷离子并资源化，处理后的上清液可以作为大棚蔬菜和花卉等植物肥料。
背景技术：
随着国家对环保的重视，大部分城市的生活污水已经得到了解决。然后村镇和分散居住地区，尤其是类似于四川灾区等偏远地区，普遍存在污水收集管网不健全，污水处理设施不完善的特点，粪便污水及其他生活用水未经妥善处理，随意排放或渗入地下，污染环境；雨季雨污合流，进入河道，对水环境造成危害，加上农村要求黑水、灰水混排的特点，农村的分散式生活给污水的集中处理带来了不便。源头分离技术需要每个便器都要安装相应的设备，成本比较高，维修不方便等缺点日益显现。对于当前村镇大部分生活污水没有相应的处理设备或者有比较落后和不适应当地特点的设备，因此，开发一套能够实现生活污水 中氮磷离子提取分离技术和设备对于我国广大农村的分散式生活污水控制与资源化具有广泛的应用和推广价值。

发明内容
本发明的目的是公开一种生活污水中的氮磷离子分离提取并资源化的方法，以解决我国广大农村尤其是偏远农村分散式生活污水的处理、控制与污水中氮磷离子的资源化问题。为实现上述目的，本发明提供的生活污水中的氮磷离子分离提取并资源化的方法，其主要步骤为A)在生活污水下水管路中铺设一段半双层管，该半双层管的一端为单层管，该单层的内壁上缠绕有金属线圈或金属板；该半双层管的其余部分插设有一内层管，形成内外两层的双层管，双层管之间由支架固定并留有缝隙，金属线圈或金属板通电后形成电场，生活污水中的氮磷离子在管路中受电场作用与污水中的液体分离并在电场的作用下发生偏转进入双层管的缝隙；B)分离出来的氮磷离子添加化学试剂后形成可作为肥料的沉淀；C)分离氮磷离子之后的生活污水作为植物的肥料。所述的方法，其中，金属线圈或金属与单层管内壁之间用绝缘且不易腐蚀的材料隔离开。所述的方法，其中，半双层管为有机材料制成的环形管。所述的方法，其中，半双层管为PPR材料的环形管。所述的方法，其中，步骤B中添加的化学试剂为MgO，形成的沉淀是一种鸟粪石肥料。所述的方法，其中，半双层管两端与其它半双层管的两端相互套接，以形成足够长的管路。所述的方法，其中，电场的强弱由单片机控制。所述的方法，其中，单片机为52系列单片机。所述的方法，其中，步骤C中的氮磷离子是由沉淀池和过滤池进行分离。所述的方法，其中，沉淀池中放置有木屑填料，过滤池中从下向上依次放入粗砾石、细砾石、砂土和土壤。本发明基于的原理是，在线圈通电之后会在金属线圈或金属板内部形成一电场，带电离子在电场中运动就会发生偏转，当电流足够大时，污水中的大部分带电离子都会偏转到双层管之间，从而分离出氮磷离子。本发明的有益效果是I、很容易实现生活污水中氮磷离子的分离提取并资源化；
2、减少了源头分离中出现的堵塞、异味等现象；3、整个系统建设费用低，占地面积小，运行费用低，维护简单，安装简单，运行安全可靠。


图Ia为半双层管的示意图；图Ib为图Ia的俯视图。附图中的组件符号说明I单层管；2内层管；3金属线圈；4支架；5缝隙；6缝隙液体出口。
具体实施例方式现今我国许多村镇没有污水处理设施或设施比较落后，村镇生活污水的污染问题一直没有得到有效控制。本发明根据当前实际情况及农村生活污水的特点设计了一套生活污水中氮磷离子分离提取并资源化方法。其原理是利用运动的带电离子在电场中会发生偏转。这样，生活污水中的氮磷离子就会在下水管路中与污水中的大部分液体溶液分离开来，然后针对分离出来的氮磷离子添加化学药品(如MgO)，经过搅拌等处理之后形成鸟粪石沉淀，这种沉淀经过简单的脱水处理就可以作为植物栽培等肥料。关于氮磷离子的处理详见专利《一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法》(专利申请号20101060180.5);其中电电场的大小强弱是由电电场的自动控制系统来控制的。生活污水经过氮磷离子分离提取之后的污水经过简单的沉淀，然后经过土地处理系统。其中沉淀池中的沉淀经过脱水之后可以作为植物栽培等肥料。本发明的具体技术方案是A)在生活污水下水管路中安装带电场线圈的半双层管，具体长度视需要而定，安装时可以将若干个半双层管的两端采用热熔接技术连接在一起，达到所需的长度；B)将半双层管中的金属线圈或金属板连接至电电场的控制装置；C)将半双层管的出水口与相应的氮磷离子处理设备相连接。氮磷离子提取之后的生活污水经过简单处理之后可以大棚蔬菜和花卉等植物的肥料。
本发明的半双层管可以采用管径50mm的PPR双层管，其中半双层管的两壁之间侧缠绕有不易受腐蚀且阻抗较小的金属线圈或金属板。控制电场强度的装置采用最简单的52系列单片机作为核心器件进行控制。氮磷离子分离提取之后的生活污水经过简单处理，采用的是初步沉淀池沉淀-土地处理系统。其中沉淀池中放有木屑等填料。本发明的由三个部分组成I、电场控制部分根据运动的带电离子在电场会发生偏转这一物理原理，设计了一套电场-电场-带电粒子偏转技术，从而实现生 活污水中带电的氮磷离子的分离提取，以便后续的氮磷离子的资源化；2、土地处理系统生活污水经过氮磷离子分离提取之后的污水中主要包含水、有机物、颗粒状物质等不带电物质。上述污水经过简单的沉淀之后进入土地处理系统。其中沉淀池中的物质经过简单厌氧处理之后可以作为植物栽培等肥料；3、氮磷离子资源化系统这一部分详见专利《一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法》(专利申请号=20101060180. 5)。为了更详细地介绍本发明，下面结合实例来说明实施例I :本发明应用于北京市密云县太师屯镇太师庄村产业科技园。该科技园有管理者15人，加上来往的行人估计客流量为50人/天。科技园门口的有公共厕所一个。科技园内有各种花卉和植被等，大棚内种植各种蔬菜瓜果。公厕以及食堂产生的污水经过格栅后进入下水道直排村边的沟渠。首先，将该科技园污水系统中格栅之后的管路换成装有金属线圈的半双层管。这样便可实现生活污水中氮磷离子的分离提取；其次，经过氮磷离子分离提取之后的污水经过沉淀池，然后进入土地处理系统。沉淀池中的沉淀物经过简单处理之后可以作为大棚，花卉等植物肥料，同时分离出来的氮磷离子通过添加化学药品，并搅拌之后会形成一种鸟粪石的肥料。从而使整个系统中氮磷物质尽可能多的得到了资源化，并且降低了生活污水对环境的污染的程度。本发明的整个工程装置由生活污水中氮磷离子分离提取部分、氮磷离子的资源化部分和土地处理部分组成。I、氮磷离子分离提取部分包括管路和自动控制装置。提取原理给金属线圈通电之后就会在线圈内部形成电场，带电离子在电场中运动就会发生偏转，当电流足够大时，污水中的大部分带电离子都会偏转到外壁内侧，从而使得带电离子进入外壁I和内壁2之间。具体如下当生活污水经过格栅池后已经没有大块的堵塞物等，此后污水进入下水管路。通过流量传感器感应污水水量的大小，然后由自动控制系统根据传感器的输出信号来控制金属线圈通电时间的长短和强弱，进而实现污水中带电离子与污水的分离。这样分离提取氮磷离子后污水进入管路的内外壁之间的环形管路，进入氮磷离子的收集系统。其中管路中的金属线圈是紧贴外壁的，在内壁与金属线圈之间隔有绝缘且不易腐蚀的材料使金属线圈与内壁隔离开来。图Ia和图Ib中显示出了半双层管的单层管I、内层管2和金属线圈3 (绝缘材料未显示);其中单层管I和内层管2之间用几根支架4支撑，在两层管之间留有缝隙5，带电离子在电场的作用下发生偏转进入缝隙并从缝隙液体出口 6流出。2、氮磷离子的资源化部分对于收集到的含有高浓度的氮磷离子液体添加化学药品MgO，然后进行充分的搅拌。待搅拌器中的沉淀不再继续增加时用真空泵将粘稠的沉淀抽出，经过简单的脱水处理之后就可以作为大棚蔬菜和花卉的肥料。详见专利《一种尿液自动分离收集并资源化的装置及方法》(专利申请号20101060180.5)；3、土地处理部分其中包括木屑，秸杆等填料，目的是取出污水中有机物等带来的异味。污水经过氮磷离子分离提取后的污水进入土地处理系统。每隔半月将土地处理系统中的填料等取出进行堆肥处理。处理之后即可作为大棚蔬菜和花卉的肥料。实验例所用尿液放置5个小时左右，以保证尿液的pH为9. 3左右。其中pH是形成鸟粪石的必须条件。 采用IL静置5小时的尿液，测得ΝΗ4+-ΝΗ3· H2O的质量为3. 576g，PO43+的质量为
O.295g。按化学式 NH4++Mg2++P0 广—MgNH4PO4计算需加入MgO的质量为O. 124g,同时形成鸟粪石质量为O. 425g。测得的实验数据是添加MgO质量为O. 124g，形成的鸟粪石为O. 412g。采用本发明的方法和装置用间隙液体做实验。所采用的尿液与上述实验所用的相同。同时加入的MgO的质量也为O. 124g，测得形成的沉淀的质量为O. 408g。因此本发明能够分离绝大部分的阴阳离子。
权利要求
1.一种生活污水中的氮磷离子分离提取并资源化的方法，其主要步骤为 A)在生活污水下水管路中铺设一段半双层管，该半双层管的一端为单层管，该单层的内壁上缠绕有金属线圈或金属板；该半双层管的其余部分插设有一内层管，形成内外两层的双层管，双层管之间由支架固定并留有缝隙，金属线圈或金属板通电后形成电场，生活污水中的氮磷离子在管路中受电场作用与污水中的液体分离并在电场的作用下发生偏转进入双层管的缝隙； B)分离出来的氮磷离子添加化学试剂后形成可作为肥料的沉淀； C)分离氮磷离子之后的生活污水作为植物的肥料。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，金属线圈或金属板与单层管内壁之间用绝缘且不易腐蚀的材料隔离开。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，半双层管为有机材料制成的环形管。
4.根据权利要求I或3所述的方法，其中，半双层管为PPR材料的环形管。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，步骤B中添加的化学试剂为MgO，形成的沉淀是一种鸟粪石肥料。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，半双层管两端与其它半双层管的两端相互套接，以形成足够长的管路。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，电场的强弱由单片机控制。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，单片机为52系列单片机。
9.根据权利要求I所述的方法，其中，步骤C中的氮磷离子是由沉淀池和过滤池进行分离。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，沉淀池中放置有木屑填料，过滤池中从下向上依次放入粗砾石、细砾石、砂土和土壤。
全文摘要
一种生活污水中的氮磷离子分离提取并资源化的方法，其主要步骤为A)在生活污水下水管路中铺设一段半双层管，半双层管的两壁中间缠绕有金属线圈(板)，金属线圈(板)两端通电后形成电场，生活污水中的氮磷离子在管路中受电场作用而与污水中的液体分离；B)分离出来的氮磷离子添加化学试剂后形成可作为肥料的沉淀；C)分离氮磷离子之后的生活污水作为植物的肥料。本发明利用污水中带电离子在电场中发生偏移原理来实现污水中氮磷钾等氮磷物质的回收和再利用的。本发明具有建设费用低，施工简便，占地面积小，运行费用低等优点，维护简单，符合老百姓的意愿，具有很强的实用和推广价值。
文档编号C02F1/48GK102897876SQ20111021170
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者胡正义, 温国期, 孟宪超, 刘小宁, 朱春游 申请人:中国科学院研究生院