CN104129769A - 一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：包括沉淀分离区、内外回流区、结晶生成区和颗粒筛选区；其中，沉淀分离区设置于装置的上部，为锥斗型，其顶部设有出水堰和集水箱；内外回流区与沉淀分离区相邻设置，其与沉淀分离区相邻设置的内筒壁上设有内回流穿孔花墙，其内筒上中部的位置设有外回流入口；结晶生成区设置于装置的中部，连通的设置于内外回流区的下方；颗粒筛选区设置于装置的下部，连通的设置于结晶生成区的下方，其底部设有出料口、进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口；回流液投加口与外回流入口连通。本装置具有对进水磷浓度变化适应性强、磷回收效率高、结构简单、体积和占地面积小、维护方便的优点。

Description

一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置

技术领域

本发明涉及一种用于污水处理和磷资源高效回收的装置，更具体地说是一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置。

背景技术

磷是引起水体富营养化的主要因素之一。一般认为，当环境水体中总磷大于0.02mg/L时，水体将发生富营养化。随着工农业生产增长，人口急剧增加，含磷洗涤剂和农药化肥的大量使用，近年来水体富营养化污染情况非常严重，甚至导致2007年“太湖蓝藻”重大污染事件发生，严重影响人们日常生产生活。

另一方面，磷还是人类和动植物各种生命活动必需的元素，也是重要的化工原料。磷在自然界中主要以磷酸盐岩石、鸟粪石和动物化石等天然磷酸盐矿石存在。

作为一种不可再生资源，磷在开采加工、消费和生物转化后，80％随生活污水排放。因此如何将磷污染防治和磷资源回收有机结合起来，实现“资源循环，变废为宝”，已越来越得到世界各国学者与政府的高度重视。譬如，瑞典政府已明确规定，在2015年之前从污水中回收不少于75％的磷用于生产用途，其中不少于50％用于可耕地。

在设有生物脱氮除磷的污水处理厂中，主体工艺(污水处理)中的厌氧段末端上清液以及侧流工艺(污泥处理)中的污泥浓缩池、污泥厌氧消化池上清液和污泥脱水滤液都是溶解性磷的富集处，每升溶液含磷量可达几十毫克，甚至一百毫克以上。通过向溶液中加入镁盐，利用溶液中的NH4+，可使磷酸根物质以鸟粪石的形式结晶分离。

基本反应原理如下所示：

Mg²⁺+NH₄ ⁺+PO₄ ^3-+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓

其中，磷酸铵镁为白色晶体。

回收的鸟粪石可以直接作为缓释肥或在肥料生产中被利用。由于各方面的优势，鸟粪石已被公认为是最有前景的磷回收途径，也是目前应用与研究最多的内容。已在美国、加拿大、日本、澳大利亚、英国等国开始小规模应用。

影响鸟粪石回收数量和质量的主要影响因素包括反应体系pH值、氮磷镁比例关系、溶液过饱和度、反应停留时间、反应装置型式和污水杂质成分等。

目前，鸟粪石回收装置的最主要的研究与应用型式为流化床。该反应器型式具有连续进出水、连续反应生成磷酸铵镁、自动分级颗粒粒径等优点，在实际应用过程中具有一定的除磷效果和鸟粪石回收能力。同时，已有的流化床反应器也存在一些显而易见的缺点，主要包括：磷回收效率不高，一般为60-70％；且反应结晶速度慢，造成反应装置庞大，尤其是反应装置高度较高，投资成本大；由于磷酸铵镁容易结垢，装置因检修或其它原因停运时，磷酸铵镁排出口容易堵塞，重启运行难度较大；污泥浓缩池、污泥厌氧消化池上清液和污泥脱水滤液实际上通常含有较高浓度的悬浮物质，容易在流化床的沉淀分离区累积，影响磷酸铵镁的反应环境及纯度。

发明内容

本发明旨在提供一种优化的鸟粪石回收装置，以弥补上述流化床反应器的缺点，降低装置出水含磷浓度，提高磷回收效率，减小反应器体积和高度，并解决鸟粪石反应器运行的实际问题，确保装置的正常稳定运行。

为实现上述目的，本发明提供了一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：包括沉淀分离区、内外回流区、结晶生成区和颗粒筛选区；

其中，沉淀分离区设置于装置的上部，为锥斗型，其顶部设有出水堰和集水槽；

内外回流区与沉淀分离区相邻设置，其与沉淀分离区相邻设置的内筒壁上设有内回流穿孔花墙，其内筒上中部的位置设有外回流入口；

结晶生成区设置于装置的中部，连通的设置于内外回流区的下方；

颗粒筛选区设置于装置的下部，连通的设置于结晶生成区的下方，其底部设有出料口、进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口；

回流液投加口与外回流入口连通。

本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：该装置为多斗型双筒状结构。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：沉淀分离区锥斗下部的外筒壁上设置有排泥管和排泥阀。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：颗粒筛选区为多斗结构，每斗底部均设有出料口、进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：通过进水口进入斗内的水流向上运动的扩散角为20-40°。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：出料口的位置高于进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：外回流入口与回流液投加口通过外置回流泵相连。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：穿孔花墙设置与沉淀分离区的锥底部的上方；穿孔花墙的高度为10-15cm，孔径为10-20mm，孔间距为20-30mm。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：沉淀分离区的锥底部设有细缝和导流板。

另外本发明提供的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，还具有这样的优选技术特点：装置的外筒壁、内筒壁、出水堰的横剖面为方形，颗粒筛选区为方锥斗。

本发明的作用和效果：

本发明提供的一种多斗型双筒状结构，分别设置沉淀分离区、内外回流区、结晶生成区、颗粒筛选区等功能区，使不同功能区有机组合，实现各自功能。

其中，颗粒筛选区优选采用多斗结构，且优选地满足水流进入斗内向上运动的扩散角为20-40°。该结构既比单斗结构的高度大大减少，降低反应器加工和安装难度，又使进水布水均匀，减少短流。

此外，优选方案中，颗粒筛选区的进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口均设置在斗底或接近斗底处，出料口则稍高设置。这一方面可充分利用进水、回流和其他物料进入的流速，使反应区的磷酸铵镁颗粒充分流态化，加快结晶生成速率；另一方面在磷酸铵镁出料时其它物料的进入流速可推动磷酸铵镁出料速度加快，更重要的是，当系统因故停运时，有助于系统的正常重启运行。

此外，在本发明中，内外回流区的顶端设有外回流入口，污水及磷酸铵镁微小絮体经外置回流泵加压泵入颗粒筛选区。这既有利于控制进水溶液的过饱和度，又为结晶反应提供了可供利用的晶种，无须外加晶种。

此外，回流区内筒壁高于沉淀分离区锥底处设有穿孔花墙，使污水及细小磷酸铵镁颗粒内回流至沉淀分流区。因为沉淀分离区的流速较回流区流速小很多，所以进入回流区的细小磷酸铵镁颗粒大部分将向下运动，经锥底细缝和导流板重新回到结晶生成区中下部与污水反应，在回收装置内实际形成了内回流或内循环。由于细小磷酸铵镁颗粒的比表面积大，它比大颗粒磷酸铵镁颗粒将更有利于结晶反应，又因为与反应器中下部较高浓度的污水混合接触，因此可大大提高结晶生成区的反应速率。与普通流化床相比，既减少了出水中的磷浓度，又使整个反应装置的体积减少1/3以上。

另外，优选方案中，沉淀分离区的锥底外筒壁设有排泥阀，可定期排除锥斗中累积的淤泥。这充分考虑了污水处理厂的污泥浓缩池、污泥厌氧消化池上清液和污泥脱水滤液或其它含磷废水中可能含有较高浓度悬浮物质的情况，这些悬浮物质在流速较低的沉淀分离区可随磷酸铵镁一起沉降，若不加处理使其累积，则其不仅可能引起沉淀分离区底部堵塞，也会使结晶生成区的反应环境恶化，影响鸟粪石的纯度及反应速度。因此，在沉淀分离区锥底处设置排泥阀可有效防止上述情况发生。

故而，本装置具有对进水磷浓度变化适应性强、磷回收效率高、结构简单、体积和占地面积小、维护方便等显著优点。

附图说明

附图1为本实施例鸟粪石回收装置的俯视结构示意图。

附图2为本实施例鸟粪石回收装置A-A向剖面结构示意图。

具体实施方式

如图2所示的高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置(100)，由上而下依次设置沉淀分离区(1)、内外回流区(2)、结晶生成区(3)、颗粒筛选区(4)等功能区。

具体地，沉淀分离区(1)的底部(101)的区域为锥形，锥斗(111)区域的外筒壁上设有排泥管(5)，用于定期排除由污水中悬浮物质累积产生的淤泥，在生产过程中排泥管排放频率根据污水中的悬浮物质浓度而定；

其中，装置顶部(121)的区域还设有三角形出水堰和集水槽(15)。

锥底设有细缝(13)和导流板(14)，供沉降的颗粒磷酸铵镁进入结晶生成区(3)中下部；

内外回流区(2)在内筒壁上设有内回流穿孔花墙(6)，在内筒上中部(20)的区域处设外回流入口(7)，用于将内外回流液排出；

其中，内外回流区(2)内筒壁高于沉淀分离区(1)锥底的位置设有穿孔花墙(6)，用于使污水及细小磷酸铵镁颗粒内回流至沉淀分离区(1)；

穿孔花墙(6)的孔径应适当，既使磷酸铵镁颗粒顺利通过，又能防止孔洞过快堵塞，还不应当过大破坏沉淀分离区(1)和内外回流区(2)的独立性，影响各自功能的发挥；

根据不同的需求，在本实施例中穿孔花墙(6)的高度可取10-15cm不等(例如：10cm、11cm、12cm、13cm、14cm或15cm)，孔径可取10-20mm不等(例如：10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm)，孔间距可取20-30mm不等(例如：20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm)。

结晶生成区(3)是一个大体积的空腔，其形状依其他区域的设置而定，位于装置的中部，为结晶反应提供场所。

颗粒筛选区(4)设多个锥斗，斗的数量可根据场地面积和高度限制经计算综合确定，每个锥斗上设有进水口(9)、回流液投加口(10)、碱液投加口(11)和药剂投加口(12)，此类装置均设置在斗底(40)或接近斗底处，出料口(8)位置稍高；

其中，回流液投加口(10)与外回流入口(7)连通，污水及磷酸铵镁微小絮体通过外置回流泵(16)输入颗粒筛选区(4)。回流比根据装置内各反应区上升流速和反应体系过饱和度综合确定；

鸟粪石出料次数应根据污水处理水量、磷含量和鸟粪石颗粒大小综合确定；

此外，在本实施例中，还应当满足水流进入斗内向上运动的扩散角为20-40°。

另外，如图1所示，在本实施例中，装置的外筒壁、内筒壁、出水堰的横剖面优选为方形，颗粒筛选区的锥斗优选为方锥斗，这比传统反应装置大大减少了加工难度和投资成本。

本实施例的作用和效果：

上述实施例装置运行过程中，废水经由位于颗粒筛选区(4)的进水口(9)，回流液、碱液和药剂分别经由回流液投加口(10)、碱液投加口(11)和药剂投加口(12)进入本装置。装置内pH维持在8.5-9.5。

废水、回流液、碱液和药剂经过颗粒筛选区(4)进入结晶生成区(3)，与原有溶液及内回流充分混合反应，使磷酸铵镁颗粒粒径增加，大颗粒向下运动进入颗粒筛分区，小颗粒则向上运动，最终进入内外回流区(2)。进入内外回流区的废水及颗粒一部分通过穿孔花墙(6)进入沉淀分离区(1)进行固液分离，污水向上运动最终通过出水堰溢流到集水槽(15)外排，小颗粒则沉降至锥底，并经细缝(13)和导流板(14)返回到结晶生成区(3)的中下部；其它废水和更加微小的颗粒则进入外回流进水口(7)，再经回流泵回流到装置底部回流液投加口(10)。

结晶生成区(3)生成的磷酸铵镁随着反应时间的延长，颗粒粒径不断增大，随之不断沉降至颗粒筛选区(4)。当颗粒筛选区(4)的颗粒数目增加到一定程度，需通过出料口(8)排出。根据污水水量水质及反应条件，可手动排出或定期自动排出。

外回流的流量根据结晶生成区(3)的上升流速和体系过饱和度综合确定。外回流中所含的微小磷酸铵镁颗粒可作为晶种回流到结晶生成区(3)，有利于提高反应速度，提高磷回收率，并降低装置复杂程度。

具体使用例：

某市政污水厂污泥经过厌氧消化和离心脱水后，其污泥液中的磷酸盐和氨氮浓度分别为100-200mg/L和700-800mg/L。使用10％氢氧化钠调节pH值，以250-300mg/L的MgCl₂.6H₂O作为反应药剂，进行鸟粪石磷回收。

回收装置设置处理数量为150t/d。装置总有效体积为5.35m³，污水水力停留时间为51.4min。装置总高度2821mm，沉淀分离区高度为1198mm，结晶生成区高度为762mm，颗粒筛选区高度为738mm，装置横剖面为正方形，最大宽度为2177mm，回流区的宽度为281mm，结晶生成区宽度为1000mm，颗粒筛选区设4个锥斗，每个锥斗上底面宽度为500mm，下底面宽度为240mm。

废水与外加药剂在颗粒筛分区混合后，镁离子、铵根和磷酸根的摩尔比为1.04:1.4:1。10％氢氧化钠调节pH值稳定于9.0附近。回流比为20-30，回流泵流量为125-187.5m³/h。装置连续进出水，每1天排出鸟粪石10次，每1天从沉淀分离区排出淤泥1次。氨氮去除率为90％，总磷去除为85％，回收的鸟粪石晶体密度为1.68g/cm³，纯度可达96％以上，可经简单加工后用作农业肥料。

Claims (10)

1.一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：

包括沉淀分离区、内外回流区、结晶生成区和颗粒筛选区；

其中，所述沉淀分离区设置于装置的上部，为锥斗型，其顶部设有出水堰和集水槽；

所述内外回流区与所述沉淀分离区相邻设置，其与所述沉淀分离区相邻设置的内筒壁上设有内回流穿孔花墙，其内筒上中部的位置设有外回流入口；

所述结晶生成区设置于装置的中部，连通的设置于所述内外回流区的下方；

所述颗粒筛选区设置于装置的下部，连通的设置于所述结晶生成区的下方，其底部设有出料口、进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口；

所述回流液投加口与所述外回流入口连通。

2.如权利要求1所述的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：为多斗型双筒状结构。

3.如权利要求1所述的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：所述沉淀分离区锥斗下部的外筒壁上设置有排泥管和排泥阀。

4.如权利要求2所述的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：颗粒筛选区为多斗结构，每斗底部均设有出料口、进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口。

5.如权利要求1-4任一所述的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：通过所述进水口进入斗内的水流向上运动的扩散角为20-40°。

6.如权利要求1-4任一所述的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：所述出料口的位置高于所述进水口、回流液投加口、碱液投加口和药剂投加口。

7.如权利要求1-4任一所述的一种高效低耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：所述外回流入口与所述回流液投加口通过外置回流泵相连。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种高效低能耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：所述穿孔花墙设置与所述沉淀分离区的锥底部的上方；

所述穿孔花墙的高度为10-15cm，孔径为10-20mm，孔间距为20-30mm。

9.根据权利要求1-4任一所述的一种高效低能耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：所述沉淀分离区的锥底部设有细缝和导流板。

10.根据权利要求1-4任一所述的一种高效低能耗紧凑型鸟粪石回收装置，其特征在于：所述装置的外筒壁、内筒壁、出水堰的横剖面为方形，

所述颗粒筛选区为方锥斗。