磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统的制作方法

本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统。

背景技术：

集节能、环保、可循环利用于一体的绿色锂电子动力电池是目前国内最具达标性的清洁能源，主要用于电动交通工具、通讯、家庭、储能设备，仪器设备及航模等领域。我国政府高度重视电池发展产业，国家发改委将锂电子电池，电动车电池等列入国家重点科技公关项目。当前锂离子电池的研发与应用，在新能源领域具有重大战略意义，已成为现阶段的焦点技术。

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色是不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题。其工作电压适中（3.2V）、单位重量下电容量大（170mAh/g）、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。磷酸铁锂电池作为锂离子二次电池，相对NI-H,Ni-Cd电池有很大优势，成为电池的一种新兴材料。

磷酸铁锂动力电池七大优势: 一、超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而山东海霸能源集团有限公司生产的磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到7-8年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。二、使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。三、可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。四、耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。五、大容量。六、无记忆效应。七、绿色环保。

其中，磷酸铁是磷酸铁锂电池的重要原料，是一种专门针对磷酸铁锂电池正极材料LiFePO4特性而研发生产的一种物质。在磷酸铁制造过程中产生的废水为新兴行业的废水，没有工程案列，其废水中含有高浓度的磷和氨氮，具有一定的回收价值。

因此，现有技术还有待发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统，旨在解决现有技术中磷酸铁制造废水无成熟工程处理案例的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统，其中，所述系统包括：依次通过管道连接的序批式搅拌反应装置、压滤装置、第一中间水池、反应沉淀池、第二中间水池、脱氨塔、折点投氯反应池以及深度除磷反应沉淀池；

所述序批式搅拌反应装置的输出端与所述压滤装置连接，截留压滤序批式搅拌反应装置输出的废水；

所述第一中间水池存储所述压滤装置输出的压滤出水；所述第一中间水池与所述反应沉淀池的连接管道中设置有用于投加烧碱和絮凝剂的投药装置；所述第二中间水池存储所述反应沉淀池输出的上清出水；

所述第二中间水池的输出端通过提升泵与脱氨塔连接；

所述脱氨塔包括位于底部的脱氨废水输出口和设置于顶部的废气出口；所述脱氨废水输出口与所述折点投氯反应池连接；

所述折点投氯反应池进行折点除氯后的除氮废水输出至所述深度除磷反应沉淀池中，通过添加絮凝剂并沉淀分离后，形成处理后废水。

所述的系统，其中，所述序批式搅拌反应装置包括：药剂投加系统、螺杆给料机、pH计、封闭的反应池、反应搅拌装置以及气动隔膜泵；

所述药剂投加系统与螺杆给料机连接，所述反应搅拌装置设置在反应池内，用于搅拌所述反应池内废水；所述气动隔膜泵与所述反应池的底部连接，用于泵出废水至所述压滤装置中；

所述pH计在线检测所述反应池内废水的pH值，所述药剂投加系统根据所述pH值自动控制烧碱药剂的投加。

所述的系统，其中，所述压滤装置具体为自动拉板隔膜式暗流箱式压滤机；

所述自动拉板隔膜式暗流箱式压滤机的滤液输出口与所述第一中间水池连接，压滤出水存储至所述第一中间水池中。

所述的系统，其中，所述系统还包括：氨气回收塔及磷酸氨储罐，所述脱氨塔为两级脱氨塔；

所述氨气回收塔与所述脱氨塔的废气出口连接，通过40%的磷酸喷淋吸收；所述氨气回收塔的磷酸氨出口与所述磷酸氨储罐连接，产生的磷酸氨存储在所述磷酸氨储罐中。

有益效果：本实用新型提供的磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统，首先利用镁磷法对废水进行序批处理并配合压滤机进行泥水分离，在初步去除废水中磷和氨氮污染物的同时又回收了资源，产生的污泥为和“鸟粪石”同效的肥料，产生了一定的经济价值。后续废水设计采用反应沉淀—两级脱氨—折点投氯—深度除磷工艺，令出水达标排放，实现了完整的废水处理流程。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的序批式搅拌反应装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的磷酸铁废水处理方法的方法流程图；

图4为本实用新型实施例提供的磷酸铁废水处理方法的氨气回收方法的方法流程图。

具体实施方式

本实用新型提供一种磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型实施例提供的磷酸铁废水及磷和氨氮的资源化回收系统的结构示意图。如图1所示，该处理系统可以包括：序批式搅拌反应装置10、压滤装置20、第一中间水池30、反应沉淀池40、第二中间水池50、脱氨塔60、折点投氯反应池70以及深度除磷反应沉淀池80。

其中，所述第一中间水池30与所述反应沉淀池40的连接管道中设置有用于投加烧碱和絮凝剂的投药装置。所述脱氨塔包括位于底部的脱氨废水输出口和设置于顶部的废气出口；所述脱氨废水输出口与所述折点投氯反应池连接。所述折点投氯反应池进行折点除氯后的除氮废水输出至所述深度除磷反应沉淀池中，通过添加絮凝剂并沉淀分离后，形成处理后废水。

在一些实施例中，所述压滤装置20具体可以是自动拉板隔膜式暗流箱式压滤机。这样的隔膜式压滤机产泥的含水率在60%左右，大大减轻污泥重量和体积，也是减轻了肥料的含水率。其自动拉板式自动卸泥功能，能够很好的减轻人工操作强度。另外，使用暗流式压滤机时，压滤机滤液全部从一个管道中流出，减少了部分滤液泄露进入底部泥饼的水量，产泥的含水量具有较好的保证。

在本实施例中，如图1所示，在所述序批式搅拌反应装置10之前，还可以设置有一个调节池00，用以存储一定量的废水以及均和水质，为废水处理做准备。

较佳的是，为了进一步的处理废气和回收废气中的氨气，所示处理系统还可以包括：氨气回收塔90及磷酸氨储罐100。在本实施例中，所述脱氨塔可以为依次连接的两级脱氨塔。

所述氨气回收塔90通过40%的磷酸喷淋吸收。所述氨气回收塔90产生的磷酸氨可以存储在所述磷酸氨储罐100中。经过氨气回收塔处理后的废气则通过烟囱向外排出。具体的，所述磷酸氨储罐100可以是任何合适类型的，一个或者多个储罐，用于储存氨气回收产生的磷酸氨溶液。

在本实施例中，脱氨塔的废气利用氨气回收塔进行回收处理，用磷酸吸收产生了磷酸氨肥料处理后的废气达标排放。即实现了废水废气的减量达标排放，并对废水进行了资源化回收，产生了经济价值，具有良好的应用前景。

具体的，所述序批式搅拌反应装置的输出端与所述压滤装置连接，截留压滤序批式搅拌反应装置输出的废水。序批式处理是一种废水处理中常用的处理方式，是在一个反应池内依次执行完成一个运行周期。

如图2所示，在一些实施例中，所述序批式搅拌反应装置10具体可以包括：药剂投加系统11、螺杆给料机12、pH计13、封闭的反应池14、反应搅拌装置15以及气动隔膜泵16。

其中，所述药剂投加系统11与螺杆给料机12连接，用于向反应池内投加药剂。所述反应搅拌装置15设置在反应池内，用于搅拌所述反应池内废水，具体可以是合适类型的机械搅拌机。所述气动隔膜泵与所述反应池的底部连接，用于泵出废水至所述压滤装置中。

所述pH计在线检测所述反应池内废水的pH值，所述药剂投加系统根据所述pH值自动控制烧碱药剂的投加。

在实用新型实施例提供的磷酸铁废水处理方法中，初步处理过程中采用的是上述的序批式搅拌反应装置10与暗流厢式压滤机20。与现有技术中采用投加絮凝剂的絮凝沉淀处理相比：

现有技术中的絮凝沉淀处理只能去除部分的磷及CODcr，SS等物质，而不能将磷及氨氮结合同时去除的同时，生产出可以做肥料二次使用的磷酸氨镁沉淀（俗称“鸟粪石”），实现资源回收和产生经济效益。

以下详细描述在本实用新型实施例中各个处理工序之间的相互连接关系：

如图1所示，调节池00、序批式搅拌反应装置10与暗流厢式压滤机20相联、第一中间水池30与反应沉淀池40与第二中间水池50与脱氨塔60依次相连。

脱氨塔60的顶部废气出口与氨气回收塔90相连、脱氨塔60的底部与折点投氯反应池70相连、氨气回收塔90与磷酸氨储罐100相连。脱氨塔60的最后一级脱氮塔底部与深度除磷反应沉淀池80相连、氨气回收塔90顶部与烟囱相连，通过烟囱向外排出废气。

经过所述暗流厢式压滤机20压滤脱水后的污泥堆放作为肥料使用，滤液则自流进入处于低位第一中间水池30。所述第一中间水池30与配套的提升泵相连，可以将废水提升至反应沉淀池40中。

所述反应沉淀池40的反应沉淀上清液则自流进入同样处于低位的第二中间水池50。相类似地，所述第二中间水池50也与配套的提升泵相连。

如上所述，该脱氨塔60可以是多级的脱氨塔，例如两级脱氨塔，包含一级脱氮塔61及二级脱氮塔62以及离心风机63。 需要说明的是两级脱氨塔采用串联式连接，提升泵与一级脱氨塔61中上部连接，一级脱氨塔出水进入二级脱氮塔62顶部。一级脱氨塔61及二级脱氨塔62塔顶出来的废气进入氨气回收塔90的底部，烟囱与氨气回收塔90顶部相连。

脱氨时，废水从顶部进入脱氨塔，鼓风机供应气体从底部进入脱氨塔，碱性条件下，废水中的逸散出来的氨气被吹脱从脱氨塔的顶部出来，吹出的废气进入氨气回收塔，底部废水进入深度除氨池。回收塔90顶部产生的废气从烟囱的底部进入，从烟囱的顶部达标排出。

图3为本实用新型实施例提供的磷酸铁废水处理方法。如图3所示，该方法大致可以包括如下几个阶段：

初步处理阶段100：

110：以序批式操作方式，向废水投加氧化镁、碳酸钠和烧碱进行反应。

120：截留压滤反应后的废水，形成压滤出水和泥饼。具体的，如上所述，可以使用自动拉板隔膜式暗流箱式压滤机进行截留压滤。最后获得的泥饼的含水量为60%左右。

如上所述，在初步处理阶段100中，可以同时去除了废水中的磷和氨氮，又产生了可以外售做肥料的污泥。该污泥富含大量磷肥和氮肥，是优良的氮磷肥料（又称鸟粪石），具有良好的经济效益和环保效果。

反应沉淀阶段200：向所述压滤出水投加烧碱以及絮凝剂，分离沉淀后形成上清出水。

较佳的，在反应沉淀阶段，通过加药泵的开启或者关闭，控制投加所述烧碱以调节所述压滤出水的pH值在9.5-10.5之间。例如，pH计与烧碱加药泵连锁控制，废水pH达到10.5时，加药泵关闭并停止运行；废水pH达到9.5时，加药泵开启。

在本实施例提供的反应沉淀阶段200是通过在第一中间水池提升泵后管道中投加烧碱及PAM，利用泵后的水的流速进行混合反应完成。然后，废水进入到反应沉淀池进行泥水分离沉淀。其上清液可以从出水堰流出进入第二中间水池，而沉淀分离出来的底部的污泥单独用泵提升至压滤机进行压滤处理。

脱氨阶段300：对所述上清出水进行脱氨处理，形成脱氨废水。

折点投氯阶段400：在所述脱氨废水中投加脱氯剂，进行折点除氮反应，形成除氮废水。折点投氯是一种常用的废水处理方法，具体操作原理在此不作赘述，在本实施例中，投加的脱氯剂为NaCLO。

深度除磷阶段500：向所述除氮废水添加絮凝剂，进行絮凝反应并沉淀分离后，输出处理后废水。

具体的，可以在反应区投加PAC及PAM形成絮凝反应，再进行泥水分离沉淀处理，以去除废水残余的磷。令最终的出水水质可以达到《污水综合排放标准》（CJ8978-1996）一级标准。

较佳的是，所述步骤120具体可以包括：检测废水的pH值，通过投加烧碱，将pH值控制在8.0-8.5的同时分别按量投加氧化镁、碳酸钠，以形成磷酸氨镁沉淀。

其中，投加氧化镁、碳酸钠的比例控制在：

Mg²⁺：PO₄^3-：NH₄⁺=1.2:1:1~1.5:1.3:1。

在本实用新型的较佳实施例中，为进一步的对废气进行处理和回收废水中的氮，还可以执行如图4所示的回收步骤：

410：将所述上清出水通过两级氨吹脱塔进行脱氨反应。

420：吹脱形成的氨气使用40%磷酸液进行回收，生成磷酸氨。

430：将磷酸氨泵入磷酸氨存储罐中进行存储。其中，产生的磷酸氨可以作为肥料直接或者再加工使用，实现资源的回收利用。

进一步地，在上述第二中间水池提升泵后管道内可以投加脱氨剂，通过投加脱氨剂，氨氮脱除率一级去除率在90%以上，出水CODcr达到800-1200mg/L，二级处理在投加脱氨剂的条件下，去除率可达到85%以上，出水水质在120-180mg/L。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及本实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。