一种低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备及方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备及方法。


背景技术：

2.随着国民经济的飞速发展，对磷矿资源的需求也越来越大。磷矿是一种稀有资源，其具有不可替代性和不可再生性。自2002年以来，国土资源部将磷矿石列为国民经济发展急需的20种重要矿产资源之一。一方面是磷资源的不断枯竭，另一方面，大量含磷废水排入水环境，造成水体富营养化等环境污染。磷矿资源的枯竭与磷资源的浪费之间的矛盾使得磷回收工艺越来越受到人们的重视。近几十年来，磷回收工艺得到了广泛的研究，并取得了一定的进展，主要工艺包括化学沉淀法、生物法、解吸法、鸟粪石结晶法等。
3.传统的化学沉淀法主要通过向富磷溶液中添加铁盐或铝盐等化学物质，并在溶液中与磷酸根反应形成沉淀来回收或去除磷。虽然该反应能快速去除溶液中的磷，但对低浓度废水的去除效果并不理想，沉淀过程中产生的大量污泥增加了处理成本。生物除磷技术就是聚磷菌在厌氧条件下的磷释放和好氧条件下的过量磷吸收，除磷方法是通过好氧和厌氧交替操作实现的。该方法成本低，工艺简单，无二次污染，但其稳定性受环境条件和污水中其他微生物的影响。吸附法是利用吸附剂通过物理吸附从富磷废水中回收磷。虽然该方法成本低、吸附速度快，但氧化铁和活性炭等传统吸附剂对磷酸根离子的选择性低，限制了其在磷回收中的应用。
4.鸟粪石结晶法是近年来备受关注的磷回收方法。该方法主要是通过调节mg：p：n摩尔比和溶液ph值，向含氮磷废水中添加镁源，从而沉淀鸟粪石（map）。该方法磷含量较高，回收的map产品可作为农业生产中的缓释肥料，实现磷的资源化利用。反应器对鸟粪石结晶法回收氮磷至关重要，一个设计优良的反应器不仅可以提高废水中氮磷的去除率，而且对生成的鸟粪石的纯度与粒径都有显著的帮助。目前已经开发的反应器按照水利特性大致可分为搅拌式反应器和流化床反应器。搅拌式结晶反应器结构简单，运行方便，能提高磷的回收率，但是生产过程中结垢现象严重，搅拌速度难以匹配晶体的成长及品质。流化床设备简单，结构紧凑，但缺点是不能自动控制加碱和回收鸟粪石。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备及方法。
6.为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：一种低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备，包括，反应器；进水装置，包括用于盛装污水的第一容器，所述第一容器通过污水输送管以及连接在污水输送管上的泵体与所述反应器连通；
加碱装置，包括用于盛装碱液的第二容器，所述第二容器通过碱液输送管以及连接在碱液输送管上的泵体与所述第一容器连通；镁盐添加装置，包括用于盛装镁盐溶液的第三容器，所述第三容器通过镁盐输送管以及连接在镁盐输送管上的泵体与所述反应器连通；曝气装置，设置在所述反应器内；以及，鸟粪石收集装置，包括鸟粪石抽管、连接在鸟粪石抽管上的泵体以及用于收集鸟粪石的第四容器，所述鸟粪石抽管的一端伸至所述反应器内，所述鸟粪石抽管的另一端伸至所述第四容器内。
7.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：还包括磷酸盐添加装置，包括用于盛装磷酸盐溶液的第五容器，所述第五容器通过磷酸盐溶液输送管以及连接在磷酸盐溶液输送管上的泵体与所述反应器连通。
8.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：还包括edta添加装置，所述edta添加装置包括用于盛装edta溶液的第六容器，所述第六容器通过edta溶液输送管以及连接在edta溶液输送管上的泵体与所述反应器连通。
9.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：还包括ph控制装置，所述ph控制装置包括ph检测装置以及ph控制器，所述ph检测装置设置在所述第一容器内，所述ph检测装置与所述ph控制器电连接，用于将检测到的ph值信号传输至所述ph控制器，所述ph控制器与连接在碱液输送管上的泵体电连接，用于控制泵体的启闭。
10.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：所述曝气装置设置有至少两组，至少两组所述曝气装置沿所述反应器的高度方向依次布设。
11.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：所述曝气装置包括鼓风机以及与鼓风机连接的微孔扩散器，所述微孔扩散器固定设置在所述反应器内。
12.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：所述鸟粪石收集装置还包括滤网，所述滤网固定设置在所述第四容器内，所述滤网沿水平方向设置，且将所述第四容器的内部分隔为上方的鸟粪石收集腔以及下部的污水收集腔。
13.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的一种优选方案，其中：所述反应器的上端固定设置有三角堰板。
14.本发明还公开了一种低浓度养殖废水的氮磷自动回收方法，包括，通过ph检测装置检测第一容器中盛装的污水的ph值，并将检测到的ph值与预先设定的ph值范围进行对比，若检测到的ph值不在预先设定的ph值范围内，则ph控制器控制连接在碱液输送管上的泵体启动，将第二容器内盛装的碱液输送至第一容器内，直至检测到的ph值在预先设定的ph值范围内，之后静置10~30min，然后将第一容器中的污水输送至反应器内；通过镁盐添加装置向反应器内添加镁盐溶液；通过edta添加装置向反应器内添加edta溶液；开启曝气装置，通过鼓风机向微孔扩散器内输送空气，使反应器内的污水、镁盐、edta溶液和碱液充分混合，促进鸟粪石的生成；
当鸟粪石累积到一定量时，通过鸟粪石抽管将反应器内的内鸟粪石抽出，并输送至第四容器内。
15.作为本发明所述低浓度养殖废水的氮磷自动回收方法的一种优选方案，其中：在所述通过镁盐添加装置向反应器内添加镁盐溶液之后，还包括，通过磷酸盐添加装置向反应器内添加磷酸盐溶液。
16.本发明的有益效果是：（1）本发明通过在反应器内设置曝气装置，通过曝气装置达到对反应器内部溶液进行搅拌的目的，有效避免了搅拌式反应器生产过程中结垢现象严重的问题，且搅拌速度可匹配晶体的成长及品质。
17.（2）本发明通过加碱装置对污水进行ph调节，使污水的ph值处于预定的ph范围内，可有效提高了反应器对污水中氮磷的去除率。
18.（3）本发明通过设置鸟粪石收集装置，通过鸟粪石抽管收集鸟粪石，实现了鸟粪石的自动收集，避免了传统通过重力收集鸟粪石需要停止反应器运行的问题，实现了反应器的持续运行，提高了工作效率。
19.（4）本发明还设置有edta添加装置，通过edta添加装置可向反应器内添加edta溶液，通过etda的络合反应，可降低ca
2+
和重金属对鸟粪石纯度的影响。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
21.图1为本发明提供的低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的结构示意图；图2为实施例1中不同ph下磷的去除率的统计图；图3为实施例1中不同ph下氨氮的去除率的统计图；图4为实施例1中回收产物的xrd图；图5为实施例2中添加镁盐和磷酸盐下氨氮的去除率的统计图；图6为实施例2中添加镁盐和磷酸盐下磷的去除率的统计图；图7为实施例2中回收产物的xrd图；其中：1、反应器；2、第一容器；3、泵体；4、第二容器；5、第三容器；6、第四容器；7、鸟粪石抽管；8、第五容器；9、第六容器；10、ph控制器；11、ph检测装置；12、鼓风机；13、微孔扩散器；14、滤网；15、三角堰板；16、出水口；17、排空阀。
具体实施方式
22.为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对本发明作出进一步详细的说明。
23.图1为本技术实施例提供的低浓度养殖废水的氮磷自动回收设备的结构示意图。该设备包括反应器1、进水装置、加碱装置、镁盐添加装置、磷酸盐添加装置、edta添加装置、曝气装置以及鸟粪石收集装置。
24.具体的，反应器1整体是由有机玻璃制成的流化床。在反应器1的上部开设有出水口16，在反应器1的底部开设有排空阀17。较佳的，在反应器1的上端还固定安装有三角堰板15，其作用是为了均匀出水，防止生成的鸟粪石被水流冲出。
25.进水装置包括用于盛装污水的第一容器2。该第一容器2通过污水输送管与反应器1连通。在污水输送管上还安装有泵体3，该泵体3工作时可将第一容器2内的污水通过污水输送管输送至反应器1内部。
26.加碱装置包括用于盛装碱液的第二容器4。该第二容器4通过碱液输送管与第一容器2连通。在碱液输送管上还安装有泵体3，该泵体3工作时可将第二容器4内的碱液通过碱液输送管输送至第一容器2内。在本实施例中，碱液采用的是naoh溶液。
27.较佳的，在第一容器2内部还固定安装有用于检测第一容器2内污水ph值的ph检测装置11。该ph检测装置11与ph控制器10电连接，用于将检测到的ph值信号传输至所述ph控制器10。该ph控制器10还与连接在碱液输送管上的泵体3电连接，用于控制泵体3的启闭。
28.镁盐添加装置包括用于盛装镁盐溶液的第三容器5。该第三容器5通过镁盐输送管与反应器1连通。在镁盐输送管上还安装有泵体3，该泵体3工作时可将第三容器5内的镁盐溶液输送至反应器1内部。
29.还包括磷酸盐添加装置，包括用于盛装磷酸盐溶液的第五容器8，所述第五容器8通过磷酸盐溶液输送管以及连接在磷酸盐溶液输送管上的泵体3与所述反应器1连通edta添加装置包括用于盛装edta溶液的第六容器9。该第四容器6通过edta溶液输送管与反应器1连通。在edta溶液输送管上还安装有泵体3，该泵体3工作时可将第四容器6中的edta溶液输送至反应器1内部。
30.曝气装置固定安装在反应器1内。在本实施例中，曝气装置设置有两组，两组曝气装置设置在反应器1内部的不同高度处。每组曝气装置均包括鼓风机12以及与鼓风机12连接的微孔扩散器13。其中，微孔扩散器13固定安装在反应器1内部，鼓风机12设置在反应器1外，通过输气管与微孔扩散器13连通。鼓风机12工作时可将空气输送至微孔扩散器13，然后由微孔扩散器13释放到反应器1中，达到对反应器1内部溶液进行搅拌的目的。
31.鸟粪石收集装置包括鸟粪石抽管7、泵体3以及第四容器6。第四容器6位于反应器1外。鸟粪石抽管7的一端伸至反应器1内的底部，另一端伸至第四容器6的开口端。泵体3安装在鸟粪石抽管7上。泵体3工作时可通过鸟粪石抽管7将反应器1内部生成的鸟粪石抽出，并输送至第五容器8内，实现鸟粪石的自动收集。
32.较佳的，在第四容器6内部还固定安装有滤网14，该滤网14沿水平方向设置在第四容器6内的中部，将第四容器6的内部分隔为上方的鸟粪石收集腔以及下部的污水收集腔。鸟粪石抽管7的一端伸至滤网14的上方。鸟粪石抽管7收集的鸟粪石以及污水输送至滤网14上后，鸟粪石堆积在滤网14的上方，而被抽出的污水则通过滤网14堆积在第四容器6下部的污水收集腔中。
33.本实施例还提供了一种低浓度养殖废水的氮磷自动回收方法，包括步骤s101~步骤s105，具体步骤说明如下：步骤s101：通过ph检测装置11检测第一容器2中盛装的污水的ph值，并将检测到的ph值与预先设定的ph值范围进行对比，若检测到的ph值不在预先设定的ph值范围内，则ph控制器10控制连接在碱液输送管上的泵体3启动，将第二容器4内盛装的碱液输送至第一容
器2内，直至检测到的ph值在预先设定的ph值范围内，之后静置10~30min，使第一容器2内产生沉淀，然后将第一容器2中的污水输送至反应器1内。
34.需要说明的是，当ph值在9.0~10.5时，磷酸根与钙离子形成羟基磷灰石沉淀，当ph值高于10，磷酸镁沉淀容易生成。另外在碱性条件下，容易生成cu-oh、cu-po4、cu-nh3、 zn-po4和zn-oh等沉淀。因此，在第一容器2中加碱液，而不是直接将碱液添加至反应器1内，可使这些沉淀物在预处理池中沉淀，避免了这些沉淀物在反应器1中沉淀，从而提高鸟粪石的纯度。
35.步骤s102：通过镁盐添加装置向反应器内添加镁盐。
36.步骤s103：通过edta添加装置向反应器内添加edta溶液。通过etda的络合反应，降低ca
2+
和重金属对鸟粪石纯度的影响。
37.步骤s104：开启曝气装置，通过鼓风机向微孔扩散器内输送空气，使反应器内的污水、镁盐、edta溶液和碱液充分混合，促进鸟粪石的生成。
38.步骤s105：当鸟粪石累积到一定量时，通过鸟粪石抽管将反应器内的内鸟粪石抽出，并输送至第四容器内。
39.需要说明的是，仅向反应器内添加镁盐时，对污水中的磷的去除率较高，但是对污水中氨氮的去除率较低。当需要提高对污水中氨氮的去除率时，在步骤s102中还可通过磷酸盐添加装置向反应器内添加磷酸盐溶液。
40.下面通过两个具体实施例进行说明：实施例1：当进入反应器的养殖废水氨氮130-185 mg/g，磷酸盐20-50 mg/g时，添加镁盐，调节mg：p=1.3：1，通过加碱装置，调节反应器的ph为8.5、9、9.5、 10，然后开启曝气系统，停留时间90 min。反应器对磷的去除率在50%-80%之间，参见图2。反应器对氨氮的去除率在15%-30%之间，参见图3。在ph分别为8.5、9、9.5和10时，沉淀物的晶形与鸟粪石相同，参见图4，表明回收的产物是鸟粪石。
41.不同ph下鸟粪石的纯度如表1所示，从表中可以看出鸟粪石的纯度最高可达86.7%。ph8.599.510纯度83.784.586.976.5
42.表1 鸟粪石的纯度实施例2当进入反应器的养殖废水氨氮130-185 mg/g，磷酸盐20-50 mg/g时，添加镁盐和磷酸盐，调节n：p : mg =1:0.8:0.8，调节反应器的ph为9.5，然后开启曝气系统，停留时间90 min。反应器对养殖废水磷去除率达50%，参见图5，氨氮去除率达52%，参见图6。在不同的n：p : mg 条件下，沉淀物的晶形与鸟粪石相同，参见图7，表明回收的产物是鸟粪石。
43.不同n：p :mg 条件下，鸟粪石的纯度如表2所示，从表中可以看出鸟粪石的纯度最高可达88.5%。n：p：mg11:0.9:0.91:0.8:0.81:0.7:0.7纯度88.587.588.586.5
44.表2 鸟粪石的纯度
由此，本技术的技术方案不仅提高了鸟粪石的纯度，保证了对污水中氮磷的回收，而且实现了鸟粪石的自动收集，避免了传统通过重力收集鸟粪石需要停止反应器运行的问题，实现了反应器的持续运行，提高了工作效率。
45.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。