一种低能耗一体化氮磷回收装置.pdf

本发明涉及一种低能耗一体化氮磷回收装置，包括立式罐体，在立式罐体的底部设有进水射流器，加药装置及进水管连接进水射流器，清水出水管的一端与立式罐体的顶部相连通，其特征在于，在立式罐体内的中下部设有流化区，流化区内置有鸟粪石晶种颗粒，在流化区的中心设有导流混合器，导流混合器下方的罐体空间为接通进水射流器的布水区，在立式罐体的顶部设有提升设备，导流混合器置于提升设备的输出轴上。本发明的优点是：加快了体系传质过程，大大降低运行成本和操作难度，提高氮磷截留效率和回收效果；工程设计简便，施工安装期短；无需外部回流，内部回流能耗低，变频可调速，外部投加镁源易控制，出水中镁含量低。

1.  一种低能耗一体化氮磷回收装置，包括立式罐体(9)，在立式罐体(9)的底部设有进水射流器(5)，加药装置及进水管(1)连接进水射流器(5)，清水出水管(11)的一端与立式罐体(9)的顶部相连通，其特征在于，在立式罐体(9)内的中下部设有流化区(7)，流化区(7)内置有鸟粪石晶种颗粒，在流化区(7)的中心设有导流混合器(6)，导流混合器(6)下方的罐体空间为接通进水射流器(5)的布水区，在立式罐体(9)的顶部设有提升设备，导流混合器(6)置于提升设备的输出轴上。

2.  如权利要求1所述的一种低能耗一体化氮磷回收装置，其特征在于，所述提升设备为变频搅拌提升设备(8)或空气提升设备。

3.  如权利要求2所述的一种低能耗一体化氮磷回收装置，其特征在于，在所述立式罐体(9)的底部设有鸟粪石外排管道(10)。

4.  如权利要求2所述的一种低能耗一体化氮磷回收装置，其特征在于，在所述鸟粪石外排管道(10)上设有截止隔膜阀。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的一种低能耗一体化氮磷回收装置，其特征在于，所述加药装置为外加镁源投加管(3)。

6.  如权利要求1至4中任一项所述的一种低能耗一体化氮磷回收装置，其特征在于，所述加药装置为外加碱源投加管(2)和外加镁源投加管(3)。

一种低能耗一体化氮磷回收装置
技术领域
本发明涉及一种低能耗一体化氮磷回收装置，用于对含氮磷废水进行处理并回收氮磷元素，属于含氮磷废水处理装置技术领域。
背景技术
磷是一种十分宝贵且稀缺的不可再生资源。据预测，全球磷矿储量仅够维持100年左右，磷将成为人类和陆地生命活动的限制因素。我国磷矿资源丰富，已探明储量居世界第3位。但与其它国家相比，在矿石质量、可选性和磷矿石开采等方面存以下几方面的差距：第一是富矿少，中低品位矿多。在已探明的磷矿储量中，P205大于30％的富矿仅11亿吨，占总储量的8％，而且主要集中在云南省和贵州省。第二是难选矿多，易选矿少。在已探明的储量中，沉积型磷块岩占我国总储量的85％，而且大部分为中低品位矿石，开采难度相当大。因此，我国磷矿资源真正可利用量并不丰富，国土资源部已将磷矿列为到2010年不能保证需求的矿种之一。
与之形成鲜明对比的是：各种含磷消费品在消费以后，大部分磷元素通过各种途径进入环境中，其中残留农田土壤约499万吨/每年，残留自然土壤约206万吨/每年，直接、间接进入水体环境约113万吨/每年。同时，水体由于含磷元素过量造成的富营养化现象越来越明显，数据显示，2002年我国通过各种途径进入水体的磷元素约113万吨(折标矿846万吨，高于当年全国黄磷生产所需原料磷矿石总量)，其中11.4％来源于含磷洗涤剂，21.5％来源于农业面源污染，54.6％由人和禽畜粪便排入水体造成，其余12.5％来源于工业污染。因此，磷的可持续利用问题已严峻地摆在了我们面前，从生产、生活中的各个环节实现磷的人工再循环利用已成为资源与环境管理方面的国际热点研究课题。
自然界中的磷80％来自生活污水的排放，就污水处理而言，变传统的处理为现代的回收，特别是从污水中实现磷回收的课题，越来越得到世界各国学者与政府的高度重视。瑞典政府已明确规定，在2015年之前的中期目标是从污水中回收不少于60％的磷用于生产用地，其中不少于50％用于可耕地。
利用先进技术实现废水处理厂磷回收是一条有效可行的阻止磷大量流失的途径，符合循环经济的发展理念。目前日本、意大利、英国、澳大利亚等国的废水处理厂已开始中、小规模的磷回收，回收方法多为向所收集的富含磷、氮的消化污泥、污泥浓缩上清液及脱水滤液等投加Mg(OH)₂，再投加NaOH或采用CO₂吹脱法调节pH值，最终产品为鸟粪石。鸟粪石含有氮磷两种营养元素，可以直接作为缓慢释放磷肥或在肥料生产中被利用。而鸟粪石晶种是一种通过简单技术就能生产的产品，其分子式为MgNH₄PO₄·6H₂O，是一种难溶于水的白色晶体。常温下，鸟粪石晶种在水中的溶解度积为2.5×10^-13，通过投加化学试剂，可使废水中的氨和磷酸盐形成鸟粪石，实现对氮磷污染物的同时去除。
目前国内磷回收工艺研究相对较少，且多集中在中、小试阶段，研究的内容尚缺乏深度与广度，尚无工业化生产设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、能耗低、效率高的低能耗一体化氮磷回收装置以减轻生化处理工艺的氮磷负荷，提高废水达标排放的稳定性和可靠性，降低设备运行能耗，使运行管理一体化、智能化及简单化。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种低能耗一体化氮磷回收装置，包括立式罐体，在立式罐体的底部设有进水射流器，加药装置及进水管连接进水射流器，清水出水管的一端与立式罐体的顶部相连通，其特征在于，在立式罐体内的中下部设有流化区，流化区内置有鸟粪石晶种颗粒，在流化区的中心设有导流混合器，导流混合器下方的罐体空间为接通进水射流器的布水区，在立式罐体的顶部设有提升设备，导流混合器置于提升设备的输出轴上。
进一步，所述提升设备为变频搅拌提升设备或空气提升设备。
本发明可以通过变频控制提升设备实现废水回流比自动控制。废水(液)与NaOH及MgCl₂同步通过底部导流混合器进入床体中，整个装置可以通过体系pH变化，实现自动加药调整pH。在中心导流混合器中强烈的混合搅拌作用下，废水中的氨氮及溶解性磷酸盐与外加镁源进行化学沉淀反应，在鸟粪石晶种表面形成鸟粪石层，大颗粒鸟粪石层在导流混合器外侧的鸟粪石层下降区内在混合液摩擦作用下脱落，达到固定氮磷并与处理水分离的目的。
本发明投加鸟粪石晶种有助于鸟粪石沉淀的形成，氨氮、磷酸盐和镁离子进行絮凝沉淀反应并在晶种表面继续生产；随着晶种表面鸟粪石膜的增厚，其不稳定性增加，在反应器流化状态下形成较大颗粒沉淀物沉淀到反应器底部。这种晶种的粒径通常为0.2～1cm，粒径较小的晶种易于沉淀鸟粪石，特别是对于浓度较大的废水。
同时，尽管好氧处理、厌氧生物处理及物理化学法等及其各种组合工艺对高浓度氮磷废水的处理效果很明显，但采用本发明提供的装置，对现有废水处理系统的厌氧段末端上清液、污泥消化液上清液和脱水滤液、畜禽养殖废水、工业高浓度含氮或含磷废水进行处理或预处理更为有效，可大大减轻后续废水处理工艺的氮磷负荷，提高氮磷达标排放的稳定性和可靠性。本装置将混合反应、絮凝-沉淀和分离组合在一个反应器里，大大减少了装置费用和占地面积，又实现了废水氮磷的大量截留与回收。
本发明具体的优点体现为：1、本反应器在技术上将自动内部回流、外加碱和镁源在体系均匀分布并与鸟粪石晶种流化有机结合起来，加快了体系传质过程，从根本上解决了传统鸟粪石回收系统晶体生长缓慢且需要连续投加晶种等问题，而且延长了鸟粪石晶体生产时间，同时大颗粒鸟粪石沉淀物定期排除，大大降低运行成本和操作难度，提高氮磷截留效率和回收效果；2、整个装置结构紧凑，自动化程度高；3、可以根据不同的水处理量和具体的水质选择反应器的流化强度和反应器体积，因此工程设计简便，施工安装期短；4、无需外部回流，内部回流能耗低，变频可调速，外部投加镁源易控制，出水中镁含量低。
附图说明
图1为本发明提供的一种低能耗一体化氮磷回收装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
实施例
如图1，为本发明提供的一种低能耗一体化氮磷回收装置结构示意图，包括立式罐体9，在立式罐体9的底部设有进水射流器5，外加碱源投加管2、外加镁源投加管3及进水管1连接进水射流器5，清水出水管11的一端与立式罐体9的顶部相连通，在立式罐体9内的中下部设有流化区7，流化区7内置有鸟粪石晶种颗粒，在流化区7的中心设有导流混合器6，导流混合器6下方的罐体空间为接通进水射流器5的布水区，在立式罐体9的底部设有鸟粪石外排管道10，在鸟粪石外排管道10上设有截止隔膜阀，在立式罐体9的顶部设有变频搅拌提升设备8，导流混合器6置于变频搅拌提升设备8的输出轴上。
本反应器主要以液体镁源投加为主，一般多采用氯化镁，碱液基本采用NaOH溶液；也可以根据实际情况，只投加氧化镁或氢氧化镁，并预先混合反应后才能使用，也可根据废水水质特点，设置其他形态镁源投加方式。
本发明的工作过程为：含无机氨氮、正磷废水经预处理后，通过进水泵4进水，同时一定浓度的碱源和镁源进入进水泵4的进水管，镁源与水中氮、磷在泵高速搅拌下混合，通过进水射流器5进入反应器布水区并均匀布水，经连续进水和机械搅拌提升设备的推动下，进入导流混合器6后进入流化区7，废水在流化区7经过一定时间的流化、反应和停留后，大部分废水回流至反应器底部，再通过提升进入导流混合器6。流化区7内的鸟粪石晶种通过不断循环始终停留在流化区7，同时大颗粒鸟粪石定期外排，固体鸟粪石收集。
对于特定的高浓度氮磷废水，可根据其特点，增大镁源的投加量，在反应器中加大流化区7、导流混合器3的体积和搅拌提升设备8规格，也可根据实际操作条件增减反应器的个数，来达到预期的理想效果。