一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置及方法
【专利摘要】一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，包括：构成装置主体的曝气区(1)、过渡区(2)、沉降区(3)和污泥区(4)，以及设置在装置主体外部的吸收区(5)，通过插入吸收区内部的管道与装置的主体连接。利用本发明装置处理污水，分别向曝气区中通入热空气和金属盐，使污水中的氨氮得到吹脱并被吸收，同时使磷酸根形成沉淀被排出，实现了氨氮和磷的同步回收。利用本发明装置和方法对污水中氨氮和磷的回收率分别达到82％和95％以上，效果稳定，回收率高，操作简单，容易操作，可根据工艺需要灵活布置本装置，具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置及方法，属于水污染控制与资源再生技术领域。
【背景技术】
[0002]污水中的氮、磷等无机物常被视为造成水体富营养化等环境污染的主要元凶，因此，人们花费大量的物力、财力去除污水中的氮、磷，以达到对环境污染的最小化影响。按照目前各污水处理工艺对污水的处理情况来看，COD和SS的去除效果较好，但氮、磷的去除情况仍不太理想。污水中的高氨氮会影响微生物的活性，而微生物在好氧吸磷、厌氧释磷时也会与去除氨氮的工艺发生冲突，导致氮、磷的出水浓度达不到排放标准。
[0003]针对氮、磷难以处理达标的问题，许多科研工作者提出了深度处理、多级处理等工艺，使氮磷得到去除，但这些工艺具有工艺复杂、占地面积大、能耗增大和管理难度等新问题。同时，在去除氮、磷时，也造成了这些资源的浪费。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本发明提供一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，适用于处理各种高氨氮、高磷浓度的污水。本发明装置能从污水中回收氨氮和磷资源，并且可根据工艺需要灵活布置本装置，同时经过本装置的处理，污水的可生化性得到明显改善。
[0005]氨氮在水体条件为碱性和加热时，会以氨气的形式从水体挥发到大气中。其挥发过程可用化学式表达为:
[0006]NH4+^NH3T+H+
[0007]通过向污水中通入热空气，热空气经过曝气装置的作用，形成大量的微小热空气，微小的热空气与水体接触，从而使水体中的氨氮受到加热作用并且随空气进入到吸收液中，氨氮因而得到回收。
[0008]水体中的磷酸根会与水体中的镁反应生成磷酸铵镁和磷酸镁沉淀。其沉淀反应过程可用化学式表达为:
[0009]Mg2++P043_=Mg3 (PO4)2I
[0010]Mg2++NH4++P043_+6H20=MgNH4PO4.6H2O丄
[0011 ] 通过向污水中投入镁盐，可使污水中的磷酸根生成沉淀，从而回收到磷。从中还可发现，在回收磷的同时，氨氮也参与了反应，因此亦有利于氨氮的资源化回收。
[0012]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0013]—种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，包括:(I)曝气区，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用；(2)过渡区，设置于曝气区的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响；(3)沉降区，设置于曝气区的外侧，使生成的沉淀与水体分离；(4)污泥区，设置于过渡区的下方，用于短暂的存储产生的磷镁沉淀；(5)吸收区，装有吸收液，用于吸收被吹脱的氨氮气体。其中，曝气区、过渡区、沉降区和污泥区构成了本发明装置的主体，吸收区设置在装置主体的外部，通过插入吸收区内部的管道与装置的主体连接。
[0014]为了便于装卸与操作，本发明装置的主体又可分为I和Π两个部分，I部分包括其内部的曝气区，Π部分包括其内部的过渡区、沉降区和污泥区，其中沉降区位于Π部分之内与I部分之外间隔形成的区域。
[0015]所述I部分与Π部分之间可通过法兰、螺纹或插套等方式连接。
[0016]所述曝气区内设置有进水和进药管，进水和进药管位于曝气区外部的一端分别设置进水口和进药口；所述曝气区内设置有进气管，进气管位于曝气区外部的一端设置进气口，进气管位于曝气区内部的一端连接曝气装置;所述曝气区外部还设置有出气口，通过管道与吸收区连接;所述沉降区的上部设置有溢流堰和出水口；所述污泥区的底端设置有通过阀门控制的排泥口。
[0017]优选的，所述曝气区为圆柱形，其高径比为(2.5?8):1;
[0018]优选的，所述过渡区为圆柱形，其高径比为(0.6?1.5):1;过渡区的水力停留时间可为0.5?2.5h。
[0019]优选的，所述沉降区的高径比为(3?6):1，沉降区的水力停留时间可为2?12h。
[0020]优选的，所述溢流堰为三角形锯齿形；
[0021]优选的，所述污泥区为三角锥形，与水平面的倾斜角度可为30°?60°，污泥区的污泥停留时间可为6?48h。
[0022]优选的，所述吸收区可为圆柱形或方柱形，吸收区的吸收液可为浓度10?30%的酸溶液。
[0023]本发明还提供一种利用上述装置从污水中同步回收氨氮和磷的方法，包括如下步骤:
[0024]先将待处理污水的pH调整到4?14，通过进水口(6)进入曝气区(I)，再通过进气口(8)向曝气区中通入热空气，通过曝气装置(10)的作用形成大量的微小气泡与污水接触，使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口(9)进入到吸收区(5)中被吸收液吸收，氨氮得到回收；同时，通过进药口(7)向污水中投加金属盐，通过空气的搅拌作用，污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，经过反应的污水从曝气区(I)进入到过渡区(2)，然后进入沉降区(3)进行沉降，经过沉淀与水体的分离后，水体通过溢流堰(11)，由出水口(12)排出；沉淀物质进入到污泥区(4)，通过由阀门(13)控制的排泥口(14)排出，将沉淀烘干从而回收到磷。
[0025]优选的，曝气区中通入热空气的温度为80?100°C，曝气时间为3?6h。
[0026]所述金属盐包括但不限于可溶性的镁盐、铁盐和钙盐其中一种。
[0027]优选的，上述的操作方法中，投加金属盐的特征在于:在待处理污水pH为8?11时，投加镁盐;在待处理污水pH为4?7时，投加铁盐;在待处理污水pH大于11时，投加钙盐。
[0028]本发明提供的同步回收氨氮和磷的方法及装置具有以下有益效果:能够有效的对污水中的氨氮和磷等污染物转化为资源进行回收，实现变废为宝；降低了污水中的氨氮和磷浓度，有改善了污水的可生化性;本发明装置回收氨氮和磷的效果稳定，回收率高，操作简单，容易操作，可根据工艺需要灵活布置本装置。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例中装置的结构示意图；
[0030]图2为本发明实施例中装置主体的I部分结构示意图；
[0031 ]图3为本发明实施例中装置主体的Π部分结构示意图；
[0032]其中:I一曝气区，2—过渡区，3—沉降区，4一污泥区，5—吸收区，6—进水口，7 —进药口，8—进气口，9一出气口，10—曝气装置，11一溢流堰，12—出水口，13 —阀门，14一排泥口，1-装置主体的I部分，Π -装置主体的Π部分。。
【具体实施方式】
[0033]下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。
[0034]为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要部位或部件进行了编号。相同的编号表示相同或相似的部位或部件，具有基本相同的功能，但其在不同图或实施例中具体的尺寸、形状、结构不一定相同。
[0035]实施例1
[0036]参考图1-3所示，在本发明的一个示例性实施例中，一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，包括:曝气区I，主要的脱氨氮和磷酸根化学反应区域，通过热空气使氨氮吹脱并起到搅拌作用;过渡区2，设置于曝气区I的下方，避免曝气对沉降区和污泥区的影响;沉降区3，设置于曝气区I的外侧，使生成的沉淀与水体分离;污泥区4，设置于过渡区2的下方，用于短暂的存储产生的沉淀;吸收区5，装有吸收液，用于吸收被吹脱的氨氮气体。其中，曝气区1、过渡区2、沉降区3和污泥区4构成了本发明装置的主体，吸收区5设置在装置主体的外部，通过插入吸收区内部的管道与装置主体连接。
[0037]本发明装置的主体又可分为I和Π两个部分，I部分包括其内部的曝气区I，Π部分包括其内部的过渡区2、沉降区3和污泥区4，其中沉降区3位于I部分之外与Π部分之内间隔形成的区域。所述I部分与Π部分之间通过自制内径84mm的法兰连接。
[0038]所述曝气区I内设置有进水和进药管，进水和进药管位于曝气区外部的一端分别设置进水口 6和进药口 7;所述曝气区I内设置有进气管，进气管位于曝气区外部的一端设置进气口 8，进气管位于曝气区内部的一端连接曝气装置10;所述曝气区I外部还设置有出气口 9，通过管道与吸收区5连接;所述沉降区3的上部设置有溢流堰11和出水口 12;所述污泥区4的底端设置有通过阀门13控制的排泥口 14。
[0039]在本实施例中，装置的各部分参数如下:装置主体呈圆柱形；曝气区I的高度为2dm，半径为0.3dm，有效体积为5L;过渡区2的高度为0.5dm，半径为0.42dm，有效体积为
0.25L；沉降区3的高度为2dm，半径为0.42dm，有效体积为0.5L ；污泥区4为三角锥形，斜边与水平面的倾斜角度为30°，有效体积为0.12L;吸收区5中放置30%硫酸溶液。
[0040]利用上述装置，对经过离心分离的北京某高铁粪便污水进行氨氮和磷的回收实验，处理规模为I L/d。经过调整pH后，该高铁粪便污水的水质情况如下:pH 9.0、⑶D3500mg/L、氨氮 2700mg/L、磷酸盐 110mg/L。
[0041]高氨氮、高磷的污水从进水口6进入曝气区I，镁盐通过进药口 7进入曝气区I，热空气由进气口 8进入曝气区I并由曝气装置10形成微小的热空气，通过空气的加热作用，使水体中的氨氮得到吹脱，而空气的搅拌作用使得镁盐与磷酸根的反应迅速进行。经过反应的污水从曝气区I进入到过渡区2，然后进入沉降区3进行沉降，经过沉淀与水体的分离后，水体通过溢流堰11，由出水口 12排出；沉淀物质进入到污泥区4，通过由阀门13控制的排泥口
14排出。吹脱的氨气伴随着热空气由出气口9进入到吸收区5，由硫酸溶液对氨气进行吸收，残余空气排入大气。
[0042]热空气吹脱氨氮的参数为:空气温度1000C，曝气时间6h，气流量0.7m3/h，污水中的被吹脱的氨氮随空气吹出并进入30%硫酸吸收液中回收，得到氨氮回收产品。按照镁与磷酸根的摩尔比为5:1加入氯化镁药剂，吹脱空气能起到搅拌的作用，使磷与氯化镁迅速形成磷酸铵镁和磷酸镁沉淀，将沉淀自然风干或在低于50°C的条件下烘干，得到磷回收产品。
[0043]利用上述装置及方法处理污水，处理规模为2L/d，出水指标为:pH 8.0?8.8、⑶D3350mg/L、氨氮500mg/L、磷酸盐5.5mg/L。对⑶D去除率为4.3%，氨氮和磷酸盐的回收率分别达到81.5 %和95 %。氨氮可100 %被酸吸收，形成的铵盐可做成农业生产中的铵肥使用，同时整个过程中氨氮没有释放到大气中形成二次污染;形成磷产品中，元素磷所占的比例为 12 ?23.6%。
【主权项】
1.一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述装置包括:曝气区(I);过渡区(2)，设置于曝气区的下方;沉降区(3)，设置于曝气区的外侧;污泥区(4)，设置于过渡区的下方;吸收区(5)，装有吸收液;其中，曝气区(1)、过渡区(2)、沉降区(3)和污泥区(4)构成了所述装置的主体，吸收区(5)设置在装置主体的外部，通过插入吸收区内部的管道与装置的主体连接。2.如权利要求1所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述装置的主体又分为I和Π两个部分，I部分包括其内部的曝气区(I)，Π部分包括其内部的过渡区(2)、沉降区(3)和污泥区(4)，其中沉降区(3)位于Π部分之内与I部分之外间隔形成的区域;I部分与Π部分之间通过法兰、螺纹或插套的方式连接。3.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述曝气区(I)内设置有进水和进药管，进水和进药管位于曝气区外部的一端分别设置进水口(6)和进药口(7);所述曝气区(I)内设置有进气管，进气管位于曝气区外部的一端设置进气口(8)，进气管位于曝气区内部的一端连接曝气装置(10);所述曝气区外部还设置有出气口(9)，通过管道与吸收区(5)连接;所述沉降区的上部设置有溢流堰(11)和出水口(12);所述污泥区(4)的底端设置有通过阀门(13)控制的排泥口(14)。4.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述曝气区(I)为圆柱形，其高径比为(2.5?8):1。5.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述过渡区(2)为圆柱形，其高径比为(0.6?1.5):1;过渡区的水力停留时间为0.5?2.5h。6.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述沉降区(3)的高径比为(3?6):1;沉降区的水力停留时间为2?12h。7.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述污泥区(4)为三角锥形，与水平面的倾斜角度为30°?60° ;污泥区的污泥停留时间为6?48h08.如权利要求1或2所述的一种从污水中同步回收氨氮和磷的装置，其特征在于，所述吸收区(5)为圆柱形或方柱形，吸收区的吸收液为浓度1?30 %的酸溶液。9.一种利用权利要求1-8任一所述装置从污水中同步回收氨氮和磷的方法，包括如下步骤:先将待处理污水的PH调整到4?14，通过进水口(6)进入曝气区(I)，再通过进气口(8)向曝气区中通入热空气，通过曝气装置(10)的作用形成大量的微小气泡与污水接触，使污水中的氨氮被吹脱，并通过出气口(9)进入到吸收区(5)中被吸收液吸收，氨氮得到回收；同时，通过进药口(7)向污水中投加金属盐，通过空气的搅拌作用，污水中的磷酸根迅速与金属盐反应生成沉淀，经过反应的污水从曝气区(I)进入到过渡区(2)，然后进入沉降区(3)进行沉降，经过沉淀与水体的分离后，水体通过溢流堰(11)，由出水口(12)排出；沉淀物质进入到污泥区(4)，通过由阀门(13)控制的排泥口(14)排出，将沉淀烘干从而回收到磷。10.如权利要求9所述的从污水中同步回收氨氮和磷的方法，其特征在于，曝气区中通入热空气的温度为80?100°C，曝气时间为3?6h;所述金属盐包括但不限于可溶性的镁盐、铁盐和热盐O
【文档编号】C02F101/10GK105967378SQ201610249075
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】郭雪松, 欧昌海, 肖本益, 刘俊新
【申请人】中国科学院生态环境研究中心