CN101633524A - 一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置。利用曝气对CO₂的吹脱作用，使反应器内的pH值提高，由原水的7.2左右提高到8.5以上，由于原水中存在丰富的Mg²⁺和NH₄ ⁺，随着pH的提高，Mg²⁺和NH₄ ⁺会结合PO₄ ^3－发生MgNH₄PO₄结晶，晶体以废水水中的悬浮颗粒物为晶核悬浮生长，长至一定程度发生沉降，沉至反应器底部的锥斗内，从而使废水中的磷得到有效的去除；将结晶沉降的MgNH₄PO₄晶体从反应器中分离，即可回收部分可作为肥料的磷酸铵镁晶体。

Description

一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置

技术领域

本发明属于污水处理及其资源化技术领域，具体为一种能有效去除和回收富磷污水中磷元素的装置。

背景技术

我国超过75％的湖泊水体富营养化，甚至重度富营养化，如滇池、太湖、巢湖等，而氮磷营养物污染是造成水体富营养化的根本原因。相对于有机污染，营养物污染更持久、危害更大、影响范围更广，因此，有效控制营养物污染成为水污染治理的重要任务。畜禽养殖废水是含高浓度有机物、营养物的废水，它的直接排放造成了严重水环境污染。畜禽养殖业污染治理水平普遍偏低，全国60％的规模化养殖场缺乏干湿分离这一最基本的污染防治措施，80％的规模化养殖场缺乏必要的污染治理投资，90％的规模化畜禽养殖场污染物处理达不到环保要求，这不仅导致畜禽养殖业成为农村和城乡结合带的首要污染源，还对周边水环境造成严重污染。例如，养殖业污染对太湖富营养化贡献为23％，对黄浦江、杭州湾的贡献则高达36％和35％。营养物污染不仅导致水环境功能丧失，还制约了工农业生产发展，危害了人群健康。高浓度废水营养物污染的有效控制势在必行。

针对我国畜禽养殖废水处理达标难的问题，本技术研究针对畜禽养殖废水水质特点，研发了废水磷去除装置与回收，具有很好的磷去除和回收效果。此装置可以置于常规生物处理装置之前，使其结合成有机的整体，使废水中的营养物质，尤其是磷得到有效的去除，从而进一步解决废水达标排放问题，促进畜禽粪污治理向资源化和无害化方向发展。

发明内容

本发明中的反应器通过曝气对废水中CO₂的吹脱作用，使反应器内的pH值明显提高，由原水的7.2左右提高到8.5以上，由于原水中存在丰富的Mg²⁺和NH⁴⁺，随着pH的提高，Mg²⁺和NH₄ ⁺会结合PO₄ ^3-发生MgNH₄PO₄(MAP)结晶反应，晶体以水中的悬浮颗粒物为晶核悬浮生长，根据斯托克斯沉降原理，随着晶体的生长，晶体颗粒的沉降性能得到改善，在沉降阶段沉降到反应器底部的锥斗内。

因为原废水中通常含有过量的铵离子和较多的Mg²⁺，所以反应过程中的镁盐是充足的，满足与磷酸根结晶的化学计量，不需另外投加镁盐；当镁盐量不足时，可通过对水质的分析适量补充投加。

该反应器具备回收的污水中磷的功能，反应器底部为锥形结构，沉降到反应器底部的磷酸铵镁可以用排泥管或污水泵回收。

该反应器采用两种运行方式，分别是间歇流方式和连续流方式。

反应器采用间歇流运行方式时，每个操作周期分为进水、反应、沉淀、出水四个阶段。每个操作周期可设在3至6小时之间。反应器进出水装置由自动时间控制器控制，反应器的出水采用电动球阀控制。反应器采用连续流运行方式时，水力停留时间可设在9-18小时之间。

本发明的反应器可以采用不锈钢加工成整体式，也可以通过土建建成，其结构大致为上方为柱状作为反应区，下方为斗状作为收集区，在反应区可安装捕集装置。由于反应过程主要靠曝气提升pH值，所以反应器内设置多个盘式曝气头，气水比根据需要设在20-50∶1。

附图说明

图1为本发明所述的一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置间歇流反应器的外观图。

图2为本发明所述的一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置间歇流反应器的结构示意图。

图3为本发明所述的一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置连续流反应器的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

目前，MAP反应器已制成2个，如附图所示。并且在北京市大兴区某养猪场进行了中式规模的应用，获得了一年的试验数据。

连续流MAP反应器用不锈钢板制成，高2.6m，直径1.0m，有效容积1.0m3，反应器底部为锥形晶体收集斗，用于收集MAP晶体。反应器采用间歇式运行方式，每个操作周期分为进水、反应、沉淀、出水四个阶段。反应器内置盘式曝气头3个，曝气量为15.0m³/h，由1台空压机提供曝气。MAP进出水装置由自动时间控制器控制，MAP反应器出水采用电动球阀控制。

试验研究了不同操作周期主要是曝气反应时间对磷的去除和回收效果的影响，试验中采用的四个不同的操作周期如下。

第一个运行操作周期为：进水30min，反应4h，沉淀1h，出水30min。

第二个运行操作周期为：进水30min，反应3h，沉淀1h，出水30min。

第三个运行操作周期为：进水30min，反应2h，沉淀1h，出水30min。

第四个运行操作周期为：进水30min，反应1h，沉淀1h，出水30min。

同时在曝气时间为1h条件下，研究了反应器的低温运行效果，探讨了温度变化对磷酸铵镁结晶反应的影响。

反应时间为4h时，平均进水PO₄ ^3-浓度为39.47mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度3.99mg/L，平均去除率89.7％。反应时间为3h时，平均进水PO₄ ^3-浓度为38.31mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度3.19mg/L，平均去除率90.8％。反应时间为2h时，平均进水PO₄ ^3-浓度为41.3mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度3.98mg/L，平均去除率89.8％。反应时间为2h时，平均进水PO₄ ^3-浓度为28.7mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度4.06mg/L，平均去除率89.6％。反应时间为1h时，平均进水PO₄ ^3-浓度为42.7mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度4.71mg/L，平均去除率88.7％。

试验结果显示，此反应器通过合理有效的运行，对养猪废水中的磷有很好的去除效果，此外，生成磷酸铵镁晶体的同时也去除了废水中少量的氨氮。

实施例2

连续流MAP反应器由红砖水泥制成，反应器高4.0m，长宽各1.6m，有效容积4.0m³，内部分为反应区和沉淀区，其中反应区有效容积为1.3m³，沉淀区有效容积2.6m³。

连续流MAP反应器采用连续进出水的运行方式，试验研究了水力停留时间对连续MAP反应器的磷去除和回收效果的影响，三个不同的水力停留时间分别：

9h(反应器3h，沉淀区6h)；

12h(反应器4h，沉淀区8h)；

18h(反应器6h，沉淀区12h)；

水力停留时间为9h时，反应器平均进水PO₄ ^3-浓度为41.0mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度为4.92mg/L，去除率87.6％。水力停留时间为12h时，反应器平均进水PO₄ ^3-浓度为37.6mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度为3.81mg/L，去除率89.9％。水力停留时间为18h时，反应器平均进水PO₄ ^3-浓度为39.4mg/L，平均出水PO₄ ^3-浓度为4.95mg/L，去除率87.5％。

试验结果显示，连续流的运行方式同样可以实现理想的除磷效果。

Claims (6)

1、一种畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置，其特征在于：

a畜禽养殖废水是指经过厌氧发酵的废水，水质特征为：PO₄ ^3-浓度50-100mg/L(以P计)，Mg²⁺浓度40mg/L左右，NH₄ ⁺浓度1000mg/L(以N计)左右，COD 2000mg/L左右，碳酸盐4600mg/L左右，pH值7.1-7.4。

b反应器通过曝气对废水中CO₂的吹脱作用，使废水中的Mg²⁺和NH₄ ⁺会结合PO₄ ^3-发生MgNH₄PO₄结晶。因为原废水中通常含有过量的铵离子和较多的Mg²⁺，所以反应过程中的镁盐是充足的，满足与磷酸根结晶的化学计量，不需另外投加镁盐；当镁盐量不足时，可通过对水质的分析适量补充投加。

c该反应器采用两种运行方式，分别是间歇流方式和连续流方式。反应器具有对以上废水的磷进行去除和回收的作用。

d本发明的反应器可以采用不锈钢加工成整体式，也可以通过土建建成。

2、根据权利要求1b所述反应器通过曝气对废水中CO₂的吹脱作用，使反应器内的pH值明显提高，导致废水中的Mg²⁺和NH₄ ⁺会结合PO₄ ^3-发生MgNH₄PO₄结晶反应，晶体以水中的悬浮颗粒物为晶核悬浮生长，长至一定程度，沉降到反应器底部的锥斗内。

3、根据权利要求1c所述该反应器可以间歇式或连续式运行，具备磷的去除和回收功能。由于反应器底部为锥形结构，沉降于此的磷酸铵镁可以用排泥管或污水泵回收。

4、根据权利要求1d所述本发明的反应器可以采用不锈钢加工成整体式，也可以通过土建建成，其结构为上部为柱状作为反应区，下方为斗状作为晶体收集区。反应过程主要靠曝气提升pH值，反应器内设置多个盘式曝气头，气水比根据需要设在20∶1至50∶1之间。

5、根据权利要求1至4所述畜禽养殖废水磷的去除与回收工艺和装置，从养殖场废水中所得磷回收产品磷酸铵镁可用作缓释性磷肥。

6、根据权利要求1至5所述养猪场废水磷的去除与回收工艺和装置，其工艺出水水质达到了畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)中对磷的要求。

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