CN101148306B - 一种人粪尿处理与利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人粪尿处理与利用的方法，其对粪尿进行好氧生化处理，处理后的清液加入MgO使其中所含磷和氮形成以MgNH4PO4形式为主的沉淀，沉淀后再进入吹脱塔进行吹脱，使NH3进入气相，吹脱产生的气体在洗涤塔中用硫酸溶液清洗，得到硫酸铵溶液，所述好氧生化处理所得到的残余物(污泥)、沉淀得到的沉淀物以及回收的硫酸铵可单独或混合作为肥料再利用。这种方法处理效果好，实现了被处理物的资源化利用，并且在处理规模较小和处理量不稳定的情况下依然保持良好的效果。主要用于人粪尿的处理，也可以用于其他类似高浓度污水的处理。

Description

一种人粪尿处理与利用的方法 
技术领域
本发明涉及一种人粪尿处理与利用的方法。 
技术背景 
人类粪尿是农业生产的重要肥料，但随着城市化和冲水马桶的应用，消耗大量的冲厕水将粪尿与其它废水混合排放，不仅造成了污染而且使粪尿无法在农业利用。针对这个问题，中国ZL02123515.5号发明专利公开了一种高浓度人粪尿处理与利用的方法，其采用厌氧生化处理回收能量，加CaO将磷进行沉淀，然后吹脱回收NH3，较好地解决了资源回收的问题，但这种方法要求的处理规模比较大，在规模较小或处理量不稳定的情况下，存在以下不足： 
(1)厌氧作为生化处理手段反应时间长，过程偏复杂，在规模小时难以连续稳定运行； 
(2)所产生的沼气由于量小和不稳定，难于实现能量再利用，而且生成的肥料是磷酸钙，价格较低。 
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种人粪尿处理与利用的方法，这种方法处理效果好，实现了被处理物的资源化利用，并且在处理规模较小和处理量不稳定的情况下依然保持良好的效果。 
本发明实现上述目的的技术方案是：一种人粪尿处理与利用的方法，其对粪尿进行好氧生化处理，处理后的清液加入MgO使其中所含磷和氮形成以MgNH4PO4形式为主的沉淀，沉淀后再进入吹脱塔进行吹脱，使NH3进入气相，吹脱产生的气体在洗涤塔中用硫酸溶液清洗，得到硫酸铵溶液。 
由于本发明的主要生化处理方法为好氧生化处理，通过通入氧气和/空气为反应提供所需的氧，因此不论处理量大小或处理量的变化，都易于保持在良 好的运行状态；好氧生化反应所需的温度可以由反应产生的热量加以解决，有利于节省能源；处理过程产生的各种含水固体物(例如好氧生化处理所得到的污泥、沉淀得到的沉淀物以及回收的硫酸铵)都可以单独或混合作为肥料或生产肥料的原料，实现再利用；同时处理所用设备简单，工艺简单可靠，有利于操作，也有利于节省处理费用和建设投资，有利于减少占地面积。 
附图说明
图1是本发明的流程示意图。 
具体实施方式
本发明的流程参见图1。 
通过负压便器或尿液分离便器收集排放的粪尿，以便在保障节水的同时也提高了收集的粪和/或尿浓度，形成高浓度的粪尿污水，由于收集的方法不同，粪尿可能通过一个管道排放，形成粪尿混合的粪尿污水，也可以是粪污水和尿污水分别收集，在处理时可以对粪污水和尿污水混合处理，也可以分别单独处理。这种粪尿污水收集方式收集的粪尿污水浓度高、量小并且不与其他污水混合，有助于后续工艺回收粪尿污水中的氮磷资源。 
好氧生化处理在好氧生化反应器中进行，所述好氧生化反应器设有氧气含量和温度的在线检测装置，以便监视和保持被处理液体中的氧含量。因为是好氧过程所以要保证液体中的氧含量。根据具体应用情况设定一个氧气含量期望值C(O2)，并设定允许波动的区域，如设定值的±20％。根据具体情况可选中温区域(约30-40℃)或高温区(约50-65℃)进行好氧生化处理。因尿液中有机物含量低，所以单独处理尿液时亦选择中温区。根据具体应用情况设定一个温度期望值T，并设定允许的波动范围，如设定值的±20％。在这些温度范围和温度波动下，可以实现良好的处理效果。 
系统应分别设置有通入空气的装置和通入纯氧的装置，以便分别调节通入好氧反应器的空气量和通入的氧气量。系统采用以下基本原理实现控制： 
通过增加或减少通入空气和/或氧气的量来保证系统液体中含氧量在设定的范围之内。而空气和氧气各自的通入流量是靠温度控制来决定的。空气中仅有约20％(体积比)为氧，如果向系统中输入同样流量的氧，空气的输入量要大于氧气的输入量。由于空气的总量大，从液体中带出的水分就多，从而带出的热量也就多。所以同样供氧总量的情况下，通过改变空气和纯氧的供给可改变系统温度。 
当系统温度低于设定温度区间时，将空气输入量分多步逐步降低，每降低一步后通常会引起液体中氧浓度的降低，为使系统维持在设定的氧浓度区间，增加纯氧的输入量。依此理逐步减小空气输入量，增加氧气输入量，以实现温度上升。当空气输入量为零，系统溶解氧含量在设定范围内时，系统温度达到最高极限最大温度。该极限最大浓度由系统原料(粪尿浓度)和微生物状况决定。当系统温度高于设定区间时，控制步骤与上述过程相反，即逐步减少纯氧空气量，靠增加空气输入量来维持系统氧浓度并降低系统温度以达到设定的期望值。 
以上好氧生化处理可以采用单体的反应器也可是多个串联反应器，各串联反应器中的每一个都可以按上述原理进行控制。 
经好氧生化处理后的水进入混合器，水中加入所述的MgO，并且还可以加入一定比例的NaOH。混合过程主要靠PH值控制，PH期望值设定在7.1以上，添加MgO和NaOH可以是同时，也可以分先后次序。在分先后次序的情况下，所述混合器的数量是多个并且相互串联，或者所述混合器全是管道反应器，或者所述混合器部分是管道反应器(即混合在管道中进行)。这时PH值控制分两步，第二步的PH设定值高于第一步的PH设定值。 
加入MgO后系统内产生混凝反应，系统中的磷及一部分铵氮反应生成以Mg(NH4)PO4为主的沉淀物，沉淀过程是在后续的沉淀反应器中进行的。为提高沉降速度和改善去除率，也可选择是适量的助凝剂加入系统，以进一步改善混凝和沉淀效果，节省混凝和沉淀的时间。 
吹脱产生的气体在碱性条件下进入吹脱塔，NH3进入气相，将吹脱产生的气体在洗涤塔中用H2SO4溶液清洗，得到(NH4)2SO4溶液。 
所述好氧生化处理所得到的残余物(污泥)、沉淀得到的沉淀物以及回收的硫酸铵可单独或混合作为肥料再利用。 
从图1中还可以看出，本发明所用的系统包括好氧生化反应器、混合器、沉淀反应器、吹脱塔和吸涤塔，所述好氧生化反应器设有粪尿进口、空气进口和氧气进口，其水出口连接所述混合器的水进口，所述混合器设有MgO和NaOH的进口，其水出口连接沉淀反应器的水进口，所述沉淀反应器设有污泥出口，其水出口连接吹脱塔的水进口，所述吹脱塔设有水出口，从该水出口出来的水可以进一步进行净化处理，所述吹脱塔的气出口连接吸涤塔，所述吸涤塔设有H2SO4清洗溶液的进口，其水出口连接所述吹脱塔的水进口。 
实施本发明有以下特点和有益结果： 
(1)工艺流程简单、可靠； 
(2)工艺组合有益、合理； 
(3)利用有机物生物降解过程放出热量提高粪和/或尿的温度，不仅加速了反应而且改善了杀菌消毒； 
(4)提出的温度控制方案简单易行。纯氧可以是工业氧气瓶提供或者纯度要求不高的制氧机提供； 
(5)在温度高的好氧生化处理过程中高的温度抑制了铵氮的硝化作用，限制了其被氧化成亚硝酸根或硝酸根(产物难以回收或去除)，一方面为后面减少了好氧量，另一方面为后面吹脱回收NH3提供了前提条件； 
(6)处理过程中的Mg(NH4)PO4沉淀一方面回收了肥料价值高的产品(俗称“鸟粪石”)，是一种复合高效肥，同时提高了系统的PH值，为后面的吹脱回收NH3提供了良好的反应条件； 
(7)通过以上的工艺设计，每一个处理单元在完成自身任务的同时又为后一步处理创造了条件。 
本发明可主要用于人粪尿的处理，也可以用于其他类似高浓度污水的处理。 

Claims (10)

1.一种人粪尿处理与利用的方法，其特征在于其对粪尿进行好氧生化处理，处理后的清液加入MgO使其中所含磷和氮形成以MgNH4PO4形式为主的沉淀，沉淀后再进入吹脱塔进行吹脱，使NH3进入气相，吹脱产生的气体在洗涤塔中用硫酸溶液清洗，得到硫酸铵溶液。
2.如权利要求1所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于通过负压便器或尿液分离便器收集排放的粪尿。
3.如权利要求1所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于所述好氧生化处理在好氧生化反应器中进行，所述好氧生化反应器设有氧气含量和温度的在线检测装置，以便监视和保持被处理液体中的氧含量，通过系统设置的通入空气的装置和通入纯氧的装置分别调节通入好氧反应器的空气量和通入的氧气量，以调节好氧反应器内的温度和氧含量。
4.如权利要求3所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于所述好氧生化处理是单体的反应器或者是多个串联反应器。
5.如权利要求4所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于根据具体应用情况设定一个氧气含量期望值，并设定允许波动的区域，允许波动的范围是±20％，所述温度设置在中温区域或高温区，所述中温区域的温度为30-40℃，高温区域的温度为50-65℃，允许的波动范围是±20％。
6.如权利要求5所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于经好氧生化处理后的水进入混合器，水中除了加入所述的MgO外，还加入一定比例的NaOH，混合过程中的pH期望值设定在7.1以上，添加MgO和NaOH同时进行的或者是分先后次序进行。
7.如权利要求6所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于所述添加MgO和NaOH分先后次序，所述混合器的数量是多个并且相互串联，或者所述混合器全是管道反应器，或者所述混合器部分是管道反应器，pH值的控制分 两步，第二步的pH设定值高于第一步的pH设定值。
8.如权利要求7所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于加入MgO后系统内产生混凝反应，混凝后进入沉淀反应器进行沉淀。
9.如权利要求1所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于所述在碱性条件下进入吹脱塔，NH3进入气相，将吹脱产生的气体在洗涤塔中用H2SO4溶液清洗，得到(NH4)2SO4溶液。
10.如权利要求1所述的人粪尿处理与利用的方法，其特征在于所述好氧生化处理所得到的残余物、沉淀得到的沉淀物以及回收的硫酸铵可单独或混合作为肥料再利用。 
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