CN100522836C

CN100522836C - 气提式内循环装置及磷酸铵镁结晶回收氮、磷的方法

Info

Publication number: CN100522836C
Application number: CNB2007100720411A
Authority: CN
Inventors: 赵庆良; 刘志刚; 王琨; 杨楠
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: CN101092264A

Abstract

气提式内循环装置及MAP结晶回收氮、磷的方法，它涉及一种结晶回收氮、磷的装置和方法。本发明解决了目前回收氮和磷工艺复杂、成本高、回收率低的问题。它的外套筒的底部与筒体的上部固定连接，外套筒与筒体之间形成了溢流堰，排水管的进水口与外套筒底部的出水口连通，筒体的下端面与锥型筒底的上端面固定连接。本发明方法的步骤如下：将含有NH₄ ⁺-N与PO₄ ^3--P的废水通入气提式内循环装置中，加入含Mg²⁺的溶液，同时通入空气，调节pH值为8.5～10，反应10～30min，沉淀，可得到磷酸铵镁晶体，其产物MAP直接通过内循环进入反应区作为晶核。本发明的方法回收率高，工艺简单，投资少，对于低浓度废水处理效果理想，便于应用。本发明的装置结构简单，便于操作。

Description

气提式内循环装置及磷酸铵镁结晶回收氮、磷的方法

技术领域

本发明涉及一种结晶回收氮、磷的装置和方法。

背景技术

磷酸铵镁结晶工艺可以将水中氨氮和磷酸根同时以沉淀的方式分离出来，因此广泛应用于从污水或废水中回收氮、磷，尤其在日本，该工艺已经用于生产实践，并取得了理想效果。化学结晶反应过程通常分为反应和沉淀分离两部分，即反应区用来投加反应剂和调节pH值(磷酸铵镁反应中通常需要投加镁离子，且反应过程需要最佳pH值范围8.5-10.0)，沉淀区则用来分离晶体和上清液。因此目前磷酸铵镁结晶反应器在实际使用中也大多采用反应和沉淀分离两部分，这直接造成该工艺在实际应用中处理构筑物增加。另外对于低浓度氨氮和磷(P<30mg/L)的回收，目前的反应器的回收效率低。晶体接种可以促进化学结晶过程，减少结晶时间，增加结晶效果。但目前所采用的晶核通常需要外加或者从沉淀区利用泵进行连续回流，这增加了设备投资和操作流程。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前回收氮和磷工艺复杂、成本高、回收率低的问题，本发明提供一种气提式内循环装置及磷酸铵镁结晶回收氮、磷的方法。本发明提供的一体化内循环晶核接种磷酸铵镁结晶方法直接利用气提内循环的方式将沉淀区晶体连续作为反应晶种，同时将反应区和沉淀区集中在一个反应器内，具有减少工艺流程、提高结晶效果、节省能耗的优点。本发明的气提式内循环包含第一进气管、第二进气管、外套筒、内套筒、筒体、固定板、进水和进料管、出水管、连接板、带有通孔的隔离板、气体管、锥型筒底、装有阀门的排泥管；外套筒的底部与筒体的上部固定连接，外套筒与筒体之间形成了溢流堰，排水管的进水口与外套筒底部的出水口连通，筒体的下端面与锥型筒底的上端面固定连接，锥型筒底的下端面与装有阀门的排泥管的上端面固定连接，内套筒与筒体通过连接板连接，固定板与内套筒的上端面固定连接，带有通孔的隔离板与内套筒的下端面固定连接，第二进气管伸入内套筒的下部，第二进气管的外壁和固定板固定连接，第一进气管穿过带有通孔的隔离板并伸入筒体底部，第一进气管的外壁和固定板固定连接；第一进气管的出气口与气提管的下部连通；进水和进料管的出口与内套筒内部连通，锥型筒底内部形成晶核提供区，内套筒的内腔形成反应区。

反应装置还可增加了搅拌器，搅拌器伸入内套筒的中下部。

本发明磷酸铵镁结晶回收氮、磷的方法的步骤如下：将含有NH₄ ⁺-N与PO₄ ^3--P的摩尔比为1～80：1的废水通入气提式内循环装置20中，再加入含Mg²⁺的溶液使Mg²⁺/PO₄ ^3--P的摩尔比1～3：1，同时通入空气，进气量与进液量体积比为10～16：1，调节pH值为8.5～10，反应10～30min，沉淀1.5～10h，得到磷酸铵镁晶体，即回收了废水中的氮和磷，其中产物磷酸铵镁或者粒径为0.1～0.3mm比表面积大的惰性物质直接通过内循环进入反应区作为晶核。

本发明的方法还可使用机械搅拌器以90～150r/min搅拌反应物，气提进气量与进液量体积比为3～8：1。

本发明提供一种一体化内循环晶体接种磷酸铵镁结晶方法，该方法简化了结晶流程，提高了氮、磷的回收率，同时可充分利用气提的能量作为反应过程的搅拌。该方法用于低浓度氮磷的回收效果更加明显。其它类似磷酸铵镁化学结晶的物质回收也可以采用本发明方法和装置。本发明涉及一体化内循环晶核接种磷酸铵镁结晶方法，可利用的晶种最好采用反应产物，其优点是保证产物的纯度。其它石英砂等比表面积较大的惰性物质作为晶核，也可以直接用产物作为晶核使用。利用气提的方式既简化了晶核投加方式，同时可作为结晶反应过程的搅拌。另外，根据需要可以将机械搅拌和气提结合使用，以减少气体的用量。晶核在气提和重力作用下形成内循环，连续提供给反应区作为晶核使用，以提高反应效果。

本发明的方法具有回收率高，操作简单，设备少，投资少，可以直接利用处理厂气源等优点，同时对于低浓度废水处理效果更理想，便于推广应用。在同样运行条件下，采用该晶体接种的方法可以有效提高回收率，降低最终出水的氮、磷浓度。当磷酸根浓度小于30mg/L时，接种反应可以提高10～15％的回收率，磷酸根浓度为50～60mg/L左右时，可以提高5～7％的回收率。本发明的装置结构简单，便于操作。

附图说明

图1是本发明的主视剖视图，图2是图1的A-A剖面图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的气提式内循环装置20的筒体5直径为200mm，装置总高为400mm，它由第一进气管1、第二进气管2、外套筒3、内套筒4、筒体5、固定板6、进水和进料管7、出水管8、连接板9、带有通孔19的隔离板10、气体管11、锥型筒底12、装有阀门13的排泥管14组成；外套筒3的底部与筒体4的上部固定连接，外套筒3与筒体5之间形成了溢流堰19，排水管8的进水口与外套筒3底部的出水口连通，筒体5的下端面与锥型筒底12的上端面固定连接，锥型筒底12的下端面与装有阀门13的排泥管14的上端面固定连接，内套筒4与筒体5通过连接板9连接，固定板6与内套筒4的上端面固定连接，带有通孔19的隔离板10与内套筒4的下端面固定连接，第二进气管2伸入内套筒4的下部，第二进气管2的外壁和固定板6固定连接，第一进气管1穿过带有通孔18的隔离板10并伸入筒体底部，第一进气管1的外壁和固定板6固定连接；第一进气管1的出气口与气提管11的下部连通；进水和进料管7的出口与内套筒4内部连通，锥型筒底12内部形成晶核提供区16，内套筒4的内腔形成反应区15。

本实施方式中带有通孔18的隔离板10具有减弱反应区搅拌混和过程对沉淀区的影响，消除漩涡和紊流状态的作用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是反应装置减少了第二进气管2，增加了搅拌器17，搅拌器17伸入内套筒4的中下部。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式中磷酸铵镁结晶回收氮、磷的方法步骤如下：将含有NH₄ ⁺-N与PO₄ ^3--P的摩尔比为1～80：1的废水通入气提式内循环装置20中，再加入含Mg²⁺的溶液使Mg²⁺/PO₄ ^3--P的摩尔比1～3：1，同时通入空气，进气量与进液量体积比为10～16：1，调节pH值为8.5～10，反应10～30min，沉淀1.5～10h，得到磷酸铵镁晶体，即回收了废水中的氮和磷，其中产物磷酸铵镁或者粒径为0.1～0.3mm比表面积大的惰性物质直接通过内循环进入反应区作为晶核。

本实施方式中当磷酸根浓度小于30mg/L时，接种反应可以提高10％～15％的回收率，磷酸根浓度为50～60mg/L左右时，可以提高5％～7％的回收率。

具体实施方式四：本实施方式中含Mg²⁺的溶液为MgCl₂或MgSO₄溶液。其它步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式中含Mg²⁺的溶液为MgCl₂。其它步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：本实施方式中Mg²⁺与PO₄ ^3--P的摩尔比1.2：1。其它步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：本实施方式中比表面积大的惰性物质为石英砂或沸石。其它步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式八：本实施方式中用NaOH调节反应液的pH值。其它步骤与具体实施方式三相同。

具体实施方式九：本实施方式中总进气量与进液量体积比10～16：1。其它步骤与具体实施方式三相同。

采用本实施方式，当磷酸根浓度小于30mg/L时，接种反应可以得到80％的PO₄ ^3--P回收率，磷酸根浓度为50～60mg/L左右时，可以得到>90％的PO₄ ^3--P回收率

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：在本发明气提式内循环装置20内采用PO₄ ^3--P＝21.7mg/L，NH₄ ⁺-N＝40mg/L，pH值＝9.5的人工配水，同时采用投加氯化镁溶液使得Mg、PO₄ ^3--P和NH₄ ⁺-N摩尔比为2.85/1/4.0的条件下进行试验，利用产物磷酸铵镁直接作为晶核，在同样气/水比搅拌条件下，反应时间都为18min，沉淀时间2.0h的条件下，晶体接种反应状态下可以使PO₄ ^3--P的回收率提高15％，出水PO₄ ^3--P达到4.6mg/L。

试验二：在本发明气提式内循环装置20内采用PO₄ ^3--P＝50～60mg/L，NH₄ ⁺-N＝80～110mg/L，pH值＝9.4～9.7的人工配水，同时采用投加氯化镁溶液使得Mg/PO₄ ^3--P为1.5:1，PO₄ ^3--P/NH₄ ⁺-N为3.5:1的条件下进行试验，在同样气/水比搅拌条件下，利用直径为0.23～0.26mm的石英砂作为晶核，反应时间都为18min，沉淀时间2.h的条件下，晶体接种反应状态下可以使PO₄ ^3--P的回收率提高5％～7％。

Claims

1、一种气提式内循环装置，它包含第一进气管、第二进气管、外套筒、内套筒、筒体、固定板、进水和进料管、排水管、连接板、带有通孔的隔离板、气提管、锥型筒底、装有阀门的排泥管，其特征在于它的外套筒的底部与筒体的上部固定连接，外套筒与筒体之间形成了溢流堰，排水管的进水口与外套筒底部的出水口连通，筒体的下端面与锥型筒底的上端面固定连接，锥型筒底的下端面与装有阀门的排泥管的上端面固定连接，内套筒与筒体通过连接板连接，固定板与内套筒的上端面固定连接，带有通孔的隔离板与内套筒的下端面固定连接，第二进气管伸入内套筒的下部，第二进气管的外壁和固定板固定连接，第一进气管穿过带有通孔的隔离板并伸入筒体底部，第一进气管的外壁和固定板固定连接；第一进气管的出气口与气提管的下部连通；进水和进料管的出口与内套筒内部连通，锥型筒底内部形成晶核提供区，内套筒的内腔形成了反应区。

2、根据权利要求1所述的气提式内循环装置，其特征在于它还包含搅拌器，搅拌器伸入内套筒的中下部。

3、利用权利要求1所述的气提式内循环装置进行磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法，其特征在于磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法的步骤如下：将含有NH₄ ⁺-N与PO₄ ^3--P的摩尔比为1～80：1的废水通入气提式内循环装置中，再加入含Mg²⁺的溶液使Mg²⁺/PO₄ ^3--P的摩尔比1～3：1，同时通入空气，进气量与进液量体积比为10～16：1，调节pH值为8.5～10，反应10～30min，沉淀1.5～10h，得到磷酸铵镁晶体，即回收了废水中的氮和磷，其中产物磷酸铵镁或者粒径为0.1～0.3mm比表面积大的惰性物质直接通过内循环进入反应区作为晶核。

4、根据权利要求3所述的磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法，其特征在于含Mg²⁺的溶液为MgCl₂或MgSO₄溶液。

5、根据权利要求3所述的磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法，其特征在于Mg²⁺与PO₄ ^3--P的摩尔比为1.2：1。

6、根据权利要求3所述的磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法，其特征在于比表面积大的惰性物质为石英砂或沸石。

7、根据权利要求3所述的磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法，其特征在于石英砂作为晶核，石英砂的粒径为0.1～0.3mm。

8、根据权利要求3所述的磷酸铵镁结晶回收氮和磷的方法，其特征在于向反应液中加NaOH调节反应液的pH值。