CN107585825B - 一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置及其废水处理方法 - Google Patents

Abstract

一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置及其废水处理方法，它涉及废水处理领域，具体涉及一种回收磷酸盐的装置及其废水处理方法。本发明是要解决现有污泥消化液存在磷酸盐回收率低以及吸附材料难以重复利用的问题。本发明一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置包括吸附材料制备区、吸附区、磁分离区、吸附材料再生区。本发明可用于污泥消化液的磷酸盐回收。

Description

一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置及 其废水处理方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置及其废水处理方法。

背景技术

城市污水厂磷回收技术是许多国家热衷探索的热点之一，比较常用的方法是生物或化学法。生物除磷法很容易使磷酸盐在污泥消化过程中重新回到上清液（液相）中，回收仍然相当困难；即使储存于污泥中，也很难达到焚烧标准，无法回收含磷灰烬。化学法除磷包括磷酸钙结晶法，鸟粪石沉淀法、离子交换吸附法等，但这些材料或方法在磷酸盐的吸附量上无法实现质的飞跃。更重要的是，这些方法操作条件略苛刻，对磷酸盐的选择性差且再生困难，甚至产生更难处理的含磷泥渣，废水问题转变为废弃物问题，无法从根本上解决磷污染的问题。

发明内容

本发明是要解决现有剩余污泥磷回收率低以及污泥上清液高浓度磷酸盐回收率低的问题，而提供了一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置。

本发明还提供了一种利用上述吸附磁分离同步回收装置的废水处理方法。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

本发明提供了一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置，所述吸附磁分离同步回收装置包括吸附材料制备区、吸附区、磁性分离区、吸附材料再生区四个单元；

所述的吸附材料制备区包括纳米粒子分散体系配制水箱、LDHs溶液配制水箱、混合泵、超声装置：纳米粒子分散体系配制水箱上设置第一进液管、第二进液管、第一出料管和加热保温装置，LDHs溶液配制水箱上设置第三进液管、第四进液管和第二出料管，混合泵通过混合泵出水管连接至超声混合区，所述的超声装置包括不锈钢箱体和换能器，超声混合区内部有超声处理中的吸附材料；

所述的吸附单元包括不锈钢箱体，吸附区搅拌器设置在不锈钢箱体中央；所述的污泥消化液进水管的进水口及吸附材料进水管的进料口均设置在不锈钢箱体的下部，不锈钢箱体内部有吸附有磷酸盐的吸附材料，出水槽设置在不锈钢箱体的上部，吸附区出水管从出水槽内的从不锈钢箱体壁上穿出，所述的放空管设置在不锈钢箱体的底部，放空管上设置有放空管阀门；

所述的磁性分离区包括辐流式圆筒状池体、分离区进水口、第一出水堰板、出水收集槽、无磷水出水管、第一倒锥形收集器、收集磁铁、吸附材料收集管和收集泵，所述的分离区进水口为吸附区出水管进入辐流式沉淀池的入口，吸附有磷酸盐的吸附材料通过吸附区出水管和分离区进水口进入辐流式圆筒状池体；所述的第一出水堰为围绕辐流式圆筒状池体的顶部的呈锯齿状的薄壁堰，所述的无磷水出水管固定连接在收集槽内的池壁上。所述的第一倒锥形收集器尖端连接有吸附材料收集管，收集管上有收集泵，所述的收集磁铁包在倒锥形收集器尖端外部；

所述的吸附材料再生区包括管式混合器、第二辐流式圆筒状池体、第二出水堰板、磷酸盐溶液收集槽、第二倒锥形收集器、再生磁铁、磷酸盐溶液收集管、吸附材料回流泵和吸附材料回流管；所述的管式混合器一端与泵的出水管连接，另一端连接在辐流式圆筒状池体底部，管式混合器上固定连接有加药管，管式混合器内部含有混合元件，所述的第二辐流式圆筒状池体顶部的呈锯齿状的薄壁堰为第二出水堰，所述的磷酸盐溶液出水管固定连接在收集槽内的池壁上，所述的吸附材料回流管一端连接在第二倒锥形收集器尖端，另一端连接至磁性分离区，吸附材料回流管上有回流泵，所述的再生磁铁包在第二倒锥形收集器尖端外部。

进一步的，上述超声装置的频率为20kHZ~40kHZ。

进一步的，上述收集磁铁和再生磁铁由磁场强度为300~600Gauss钕铁硼磁铁材料制成。

本发明还提供了一种利用上述回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的废水处理方法，包括以下步骤：

（1）吸附材料制备：铁纳米粒子凝胶溶液通过第一进液管进入纳米粒子分散体系配制水箱；将硅酸钠溶液通过第二进液管进入纳米粒子分散体系配制水箱；上述铁纳米粒子凝胶溶液与硅酸钠溶液混合即得SiO₂包覆的超顺磁性纳米粒子的分散系溶液；MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合溶液通过第三进液管进入LDHs溶液配制水箱，0.15 mol/L的 NaOH溶液通过第四进液管进入LDHs溶液配制水箱，混合后得LDHs溶液；超顺磁性纳米粒子的分散系溶液和LDHs溶液分别通过第一出料管和第二出料管进入混合泵，混合泵出水管进入超声装置进行超声处理100秒，得到吸附材料；

（2）吸附处理：将COD≤2000mg/L、BOD₅≤600mg/L、氨氮≤400mg/L、磷酸盐≤100mg/L且pH值为6.0~7.0的污泥消化液从进水管进入吸附区中的不锈钢箱体，在吸附区中央的吸附区搅拌器的搅拌作用下，污泥消化液与吸附材料充分混合，进行磷酸盐吸附处理，经过吸附区处理后的水与吸附材料的混合物进入磁性分离区；进入磁性分离区的污泥消化液与吸附材料溶液的流量比为50:1；

（3）磁性分离：处理后的水与吸附材料的混合物通过分离区进水管进入磁性分离区后，处理后的水（不含磷酸盐）依次通过第一出水堰板、出水收集槽、无磷水出水管而排出；吸附有磷酸盐的吸附材料在第一磁铁的作用下聚积在第一倒锥形收集器的底部，并在收集泵的作用下通过吸附材料收集管进入吸附材料再生区；

（4）吸附材料再生：来自收集泵的吸附有磷酸盐的吸附材料进入管式混合器，在管式混合器中与加药管输送的碱性溶液混合再生后进入第二辐流式圆筒状池体底部，这样，磷酸盐从吸附材料分离；磷酸盐溶液依次流入第二出水堰板、磷酸盐溶液收集槽、磷酸盐溶液收集管，被收集回收，吸附材料在磁铁的作用下聚积在第二倒锥形收集器的底部，并通过回流泵送至吸附材料进料口前端。

进一步的，步骤（1）中，所述铁纳米粒子凝胶溶液采用以下方法制备而成：将FeCl₃·6H₂O与FeCl₂·4H₂O溶解于去离子水中，然后与氢氧化铵溶液混合清洗并溶于硝酸溶液即得；所述FeCl₃·6H₂O与FeCl₂·4H₂O摩尔比为2:1；所述FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O在去离子水中的浓度为0.32mol/L；所述氢氧化铵（溶液）的质量分数为25%；FeCl₃·6H₂O、FeCl₂·4H₂O混合溶液与氢氧化铵溶液的体积比为1：1；所述硝酸的浓度为0.66mol/L，加入量比例为已有混合溶液体积的50%；所述硅酸钠在铁纳米粒子凝胶溶液中的质量分数为2.5%；所述硅酸钠溶液质量分数为36%。

进一步的，步骤（1）中，所述MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O的摩尔比为2:1；所述MgCl₂·6H₂O溶液的浓度为0.2mol/L；所述AlCl₃·6H₂O溶液的浓度为0.1mol/L；所述LDHs溶液配制水箱中NaOH溶液和MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合溶液的体积比为4：1。

进一步的，所述LDH溶液在超顺磁性纳米粒子分散体系溶液中的浓度为400mg/L。

进一步的，步骤（1）中，所述的纳米粒子分散体系配制水箱为70℃保温加热环境，所述LDHs溶液配制水箱为常温环境。

进一步的，步骤（2）中，所述磷酸盐吸附处理的时间为0.5h~1h，搅拌速度为150~200 r/min。

进一步的，步骤（4）中，所述吸附有磷酸盐的吸附材料和碱性溶液，两者比例应控制在1~5ml碱性溶液/g吸附材料；所述的碱性溶液为0.1mol/LNaOH和2.0mol/LNaCl的混合溶液，混合体积比为1:1。

本实施方式的工作原理：纳米吸附材料的制备过程是将铁氧化物的纳米粒子分散体系溶液与LDHs溶液在超声环境下混合。制备好的吸附材料从吸附区底部的进料管进入吸附区，与进入吸附区的污泥消化液充分混合，吸附材料可将水中磷酸盐吸附，吸附有磷酸盐的吸附材料被泵送至磁分离区。经过吸附处理后的污泥消化液（不含磷酸盐）通过吸附区出水管排出系统，吸附有磷酸盐的纳米吸附材料通过收集磁铁的作用聚积在第一倒锥形收集器底部，之后被泵送至管式混合器及第二倒锥形收集器。在这个过程中吸附材料与碱性溶液充分混合从而得到再生，解吸的磷酸盐溶液通过第二出水堰和磷酸盐出水管排出系统后可供化工行业使用，再生后的纳米吸附材料通过再生磁铁的作用聚积在第一倒锥形收集器底部，之后被回流泵送至吸附区前端，从而重新被使用。

本发明步骤（1）中所述的纳米吸附材料通过水热法制备，该方法得到的纳米粒子纯度高、粒径小、均匀分散。纳米吸附材料中的LDHs组分占总质量应控制在20%-40%，且周围溶液的pH应控制在5~7。

本发明提供的纳米材料磁分离除磷（回收磷）为水处理领域的磷回收提供了新的思路。超顺磁性纳米粒子表面负载层状羟基金属氧化物（Layered double hydroxides，LDHs）而得到的超顺磁性纳米复合材料，对磷酸根离子具有较高的吸附容量和良好的吸附选择性。由于材料具有独特的磁响应性，吸附的磷通过施加外界磁场而被回收，复合材料再生后可反复使用。新的除磷模式以离子交换吸附为基础，磁分离为手段，提供了除传统生物“除磷”和化学沉淀“除磷”以外新概念：将“除磷过程”转变为“磷回收过程”，使含磷污水成为一种新型“磷矿”，避免了大量磷随出水排放或者剩余污泥填埋而导致的资源浪费。收集的磷资源可用于农业生产或其他化工行业，符合“能源自给、资源回收”的污水处理理念。

本发明的有益效果为：

一、本发明的装置将制备区、吸附区、磁性分离区和吸附材料再生区有机结合在一起，磷酸盐可回收，吸附材料可循环利用；

二、本发明的废水处理方法可实现磷酸盐高效吸附剂的制备：通过控制吸附材料制备过程中LDHs质量比重、温度、超声条件，制备出纯度高、粒径小、均匀分散的纳米吸附材料；

三、本发明的废水处理方法可实现磷酸盐的高效、高选择性吸附：通过控制吸附过程中的搅拌速度等参数设定及操作手段，吸附材料可将水中磷酸盐在其他污染物共存的条件下有针对性地吸附且吸附容量极高，磷酸盐的去除率可达90%以上；

四、本发明的废水处理方法可实现磷酸盐的回收：磁性分离区利用纳米吸附材料特殊的磁属性，可将吸附有磷酸盐的纳米吸附材料高效回收；

五、本发明的废水处理方法利用吸附材料的可再生性能，通过控制再生中的磁铁性状、再生液浓度等参数设定及操作手段，可实现90%以上的再生效率，吸附材料投加量省，节省运行费用，无其他吸附过程引起的废渣问题，是一种绿色可持续的污水处理技术；六、本发明的废水处理方法解决了传统生物除磷去除方法中的磷容易重新释放的沉疴宿疾。

附图说明

图1为具体实施方式一的一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的吸附区的平面布置图。

图2为具体实施方式一的一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的磁性分离区的平面布置图。

图3为具体实施方式一的一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的吸附材料再生区的平面布置图。

图4为一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置中各部分的剖面图的组合流程图。

其中，1、吸附材料制备区吸附区，2、吸附区，3、磁性分离区，4、吸附材料再生区，5、纳米粒子分散体系配制水箱，6、LDHs溶液配制水箱，7、混合泵；8、超声装置，5-1、第一进液管，5-2、第二进液管，5-3、第一出料管，9、加热保温装置， 6-1、第三进液管，6-2、第四进液管，6-3、第二出料管，10、混合泵出水管，11、不锈钢箱体，12、换能器， 8-1、吸附材料，13、不锈钢箱体，14、吸附区搅拌器，15、污泥消化液进水管，15-1、进水口，16吸附材料进水管，16-1、进料口，13-1、吸附材料，17、出水槽，18、吸附区出水管，19、放空管，19-1、放空管阀门，20、辐流式圆筒状池体，18-1、分离区进水口，21、第一出水堰板，22、出水收集槽，23、无磷水出水管，24、第一倒锥形收集器，24-1、收集磁铁，24-2、吸附材料收集管，25、收集泵，26、管式混合器，27、第二辐流式圆筒状池体，28、第二出水堰板，29、磷酸盐溶液收集槽，30、第二倒锥形收集器，30-1、再生磁铁，30-2、磷酸盐溶液收集管，31、吸附材料回流泵，32、吸附材料回流管。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

实施例1

结合图1~图4，本实施方式一种污泥消化液中污染物回收装置，其特征在于回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置，包括吸附材料制备区1、吸附区2、磁性分离区3、吸附材料再生区4四个单元；

所述的吸附材料制备区由纳米粒子分散体系配制水箱5、LDHs溶液配制水箱6、混合泵7、超声装置8组成：纳米粒子分散体系配制水箱5上设置第一进液管5-1、第二进液管5-2、第一出料管5-3和加热保温装置9，LDHs溶液配制水箱6上设置第三进液管6-1、第四进液管6-2和第二出料管6-3，混合泵7通过混合泵出水管10连接至超声混合区8，所述的超声装置8主要由不锈钢箱体11和换能器12构成，超声混合区8内部有超声处理中的吸附材料8-1。

所述的吸附单元2主体为不锈钢箱体13，吸附区搅拌器14设置在不锈钢箱体13中央。所述的污泥消化液进水管15的进水口15-1及吸附材料进水管16的进料口16-1均设置在不锈钢箱体13的下部，不锈钢箱体13内部有吸附有磷酸盐的吸附材料13-1，出水槽17设置在不锈钢箱体13的上部，长度与不锈钢箱体13的边长相同，吸附区出水管18从出水槽13内的不锈钢箱体13壁上穿出，所述的放空管19设置在不锈钢箱体13的底部，放空管19上设置有放空管阀门19-1；

所述的磁性分离区3由辐流式圆筒状池体20、分离区进水口18-1、第一出水堰板21、出水收集槽22、无磷水出水管23、第一倒锥形收集器24、收集磁铁24-1、吸附材料收集管24-2和收集泵25组成，所述的分离区进水口18-1为吸附区出水管18进入辐流式沉淀池的入口。吸附有磷酸盐的吸附材料13-1通过吸附区出水管18和分离区进水口18-1进入辐流式圆筒状池体20。所述的第一出水堰21为围绕辐流式圆筒状池体20的顶部的呈锯齿状的薄壁堰，所述的无磷水出水管23固定连接在收集槽22内的池壁上。所述的第一倒锥形收集器24尖端连接有吸附材料收集管24-2，收集管上有收集泵25，所述的收集磁铁24-1包在倒锥形收集器24尖端外部；

所述的吸附材料再生区5由管式混合器26、第二辐流式圆筒状池体27、第二出水堰板28、磷酸盐溶液收集槽29、第二倒锥形收集器30、再生磁铁30-1、磷酸盐溶液收集管30-2、吸附材料回流泵31和吸附材料回流管32组成；所述的管式混合器26一端与泵25的出水管连接，另一端连接在辐流式圆筒状池体26底部，管式混合器26上固定连接有加药管26-1，管式混合器26内部含有混合元件26-2，所述的第二辐流式圆筒状池体27顶部的呈锯齿状的薄壁堰为第二出水堰28，所述的磷酸盐溶液出水管29-1固定连接在收集槽29内的池壁上，所述的吸附材料回流管32一端连接在第二倒锥形收集器30尖端，另一端连接至磁性分离区11，吸附材料回流管30-2上有回流泵31，所述的再生磁铁30-1包在第二倒锥形收集器30尖端外部。

本实施方式所述的磷酸盐吸附磁分离同步回收装置及其废水处理方法，将吸附材料制备区、吸附区、磁性分离区和吸附材料再生区有机结合在一起，利用吸附材料回收污泥消化液中的磷酸盐，吸附材料还能循环使用。

本实施方式的工作原理：纳米吸附材料的制备过程是将铁氧化物的纳米粒子分散体系溶液与LDHs溶液在超声环境下混合。制备好的吸附材料从吸附区底部的进料管进入吸附区，与进入吸附区的污泥消化液充分混合，吸附材料可将水中磷酸盐吸附，吸附有磷酸盐的吸附材料被泵送至磁分离区。经过吸附处理后的污泥消化液（不含磷酸盐）通过吸附区出水管排出系统，吸附有磷酸盐的纳米吸附材料通过收集磁铁的作用聚积在第一倒锥形收集器底部，之后被泵送至管式混合器及第二倒锥形收集器。在这个过程中吸附材料与碱性溶液充分混合从而得到再生，解吸的磷酸盐溶液通过第二出水堰和磷酸盐出水管排出系统后可供化工行业使用，再生后的纳米吸附材料通过再生磁铁的作用聚积在第一倒锥形收集器底部，之后被回流泵送至吸附区前端，从而重新被使用。

实施例2

本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的超声装置（8）的功率可调，频率为40HZ（该频率可在20kHZ~40kHZ）。其它与具体实施方式一相同。

实施例3

本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的收集磁铁（24-1）和再生磁铁（30-1）由具有磁场强度为300~600Gauss的钕铁硼磁铁材料制成，本实施例中应用的为磁场强度为600Gauss。

实施例4

本实施方式利用具体实施方式一的磷酸盐吸附磁分离同步回收装置的废水处理方法，按以下步骤进行：

一、吸附处理：将COD≤2000mg/L、BOD₅≤600mg/L、氨氮≤400mg/L、磷酸盐≤100mg/L且pH值为6.0~7.0的污泥消化液以0.5m/h~0.8m/h从进水管15进入吸附区2中的不锈钢箱体13，在吸附区2中央的吸附区搅拌器14的搅拌作用下，污泥消化液与吸附材料充分混合，进行磷酸盐吸附处理，进入磁性分离区的污泥消化液与吸附材料溶液的流量比为50:1；吸附处理时间为1h，搅拌速度为150 r/min，经过吸附区2处理后的水与吸附材料的混合物进入磁性分离区3；（吸附处理时间在0.5h时，搅拌速度为200r/min）

所述吸附材料制备方法为：铁纳米粒子凝胶溶液通过第一进液管（5-1）进入纳米粒子分散体系配制水箱（5）；将硅酸钠溶液通过第二进液管（5-2）进入纳米粒子分散体系配制水箱（5），纳米粒子分散体系配制水箱为70℃保温加热环；上述铁纳米粒子凝胶溶液与硅酸钠溶液混合即得SiO₂包覆的超顺磁性纳米粒子的分散系溶液；将0.2mol/L 的MgCl₂·6H₂O和0.1mol/L 的AlCl₃·6H₂O溶液按照摩尔比2：1混合后通过第三进液管（6-1）进入常温的LDHs溶液配制水箱（6），0.15 mol/L NaOH溶液通过第四进液管（6-2）进入LDHs溶液配制水箱（6），LDHs溶液配制水箱（6）中NaOH溶液和MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合溶液的体积比为4：1；超顺磁性纳米粒子的分散系溶液和LDHs溶液分别通过第一出料管（5-3）和第二出料管（6-3）进入混合泵（7），所述LDH溶液在超顺磁性纳米粒子分散体系溶液中的浓度为400mg/L，混合泵出水管（7）进入超声装置（8）进行超声处理100秒，得到吸附材料（8-1）；

所述铁纳米粒子凝胶溶液采用以下方法制备而成：将FeCl₃·6H₂O与FeCl₂·4H₂O按照摩尔比2：1溶解于去离子水中，FeCl₃·6H₂O和FeCl₃·6H₂O在去离子水中的浓度为0.32mol/L，然后与质量分数为25%的氢氧化铵溶液按照体积比1：1混合清洗并溶于0.66mol/L的硝酸溶液即得，硝酸溶液的加入量为已有混合溶液体积的50%；纳米粒子分散体系配制水箱中硅酸钠在铁纳米粒子凝胶溶液中的质量分数为2.5%；所述硅酸钠溶液质量分数为36%；

二、磁性分离：处理后的水与吸附材料的混合物通过分离区进水管18进入磁性分离区4后，处理后的水（不含磷酸盐通过第一出水堰板21、出水收集槽22、无磷水出水管23排出。吸附有磷酸盐的吸附材料在第一磁铁24-1的作用下聚积在第一倒锥形收集器24的底部，并在收集泵25的作用下通过吸附材料收集管24-2进入吸附材料再生区。

三、吸附材料再生：来自收集泵25的吸附有磷酸盐的吸附材料进入管式混合器26，在管式混合器26中与加药管26-1输送的碱性溶液混合再生后进入第二辐流式圆筒状池体27底部。这样，磷酸盐从吸附材料分离。磷酸盐溶液依次流入第二出水堰板28、磷酸盐溶液收集槽29、磷酸盐溶液收集管30-2从而被收集回收，吸附材料在磁铁30-1的作用下聚积在第二倒锥形收集器30的底部，并通过回流泵31送至吸附材料进料口16前端。

本实施方式步骤一中所述的超顺磁性纳米吸附材料通过水热法制备，该方法得到的纳米粒子纯度高、粒径小、均匀分散。纳米吸附材料中的LDHs组分占总质量应控制在20%-40%，且周围溶液的pH应控制在4以上。

本实施方式所述的废水处理方法可实现磷酸盐的回收以及吸附材料的循环利用：通过控制吸附材料制备过程中LDHs质量比重、温度、超声条件，制备出纯度高、粒径小、均匀分散的纳米吸附材料；通过控制吸附过程中的搅拌速度等参数设定及操作手段，吸附材料可将水中磷酸盐在其他污染物共存的条件下有针对性地吸附且吸附容量极高，磷酸盐的去除率可达90%以上；磁性分离区利用纳米吸附材料特殊的磁属性，可将吸附有磷酸盐的纳米吸附材料高效回收；

本实施方式所述的废水处理方法可实现材料的再生：通过控制再生中的磁场强度、再生液与吸附材料比例及混合条件等参数设定及操作手段，吸附材料的再生效率在90%以上，吸附材料投加量省，节省运行费用，无其他吸附过程引起的废渣问题，是一种绿色可持续的污水处理技术；

本实施方式所述的废水处理方法解决了传统生物除磷去除方法中的磷容易重新释放的沉疴宿疾。

采用下述试验验证本发明的效果：

试验一：利用本发明的提高污泥消化液中磷酸盐回收效率的吸附磁分离同步回收装置及其废水处理方法，按以下步骤进行：

一、吸附处理：将COD≤2000mg/L、BOD₅≤600mg/L、氨氮≤400mg/L、磷酸盐≤100mg/L且pH值为6.0~7.0的污泥消化液以0.5m/h~0.8m/h从进水管15进入吸附区2中的不锈钢箱体13，在吸附区2中央的吸附区搅拌器14的搅拌作用下，污泥消化液与吸附材料充分混合，进行磷酸盐吸附处理，吸附处理时间为0.5h~1h，搅拌速度为150~200 r/min，经过吸附区2处理后的水与吸附材料的混合物进入磁性分离区3；

二、磁性分离：处理后的水与吸附材料的混合物通过分离区进水管18进入磁性分离区4后，处理后的水（不含磷酸盐通过第一出水堰板21、出水收集槽22、无磷水出水管23排出。吸附有磷酸盐的吸附材料在第一磁铁24-1的作用下聚积在第一倒锥形收集器24的底部，并在收集泵25的作用下通过吸附材料收集管24-2进入吸附材料再生区。

三、吸附材料再生：来自吸附材料收集管24-2的吸附有磷酸盐的吸附材料进入管式混合器26，在管式混合器26中与加药管26-1输送的碱性溶液混合再生后进入第二辐流式圆筒状池体27底部。这样，磷酸盐从吸附材料分离。磷酸盐溶液依次流入第二出水堰板28、磷酸盐溶液收集槽29、磷酸盐溶液收集管30-2从而被收集回收，吸附材料在磁铁30-1的作用下聚积在第二倒锥形收集器30的底部，并通过回流泵31送至吸附材料进料口16前端。

本实施方式步骤二中所述的超顺磁性纳米吸附材料通过水热法制备，该方法得到的纳米粒子纯度高、粒径小、均匀分散。纳米吸附材料中的LDHs组分占总质量应控制在20%-40%，且周围溶液的pH应控制在4以上。

采用国家水质检验标准（GB 5749-2006）检测本试验出水指标：磷酸盐回收率为92.8%~97.6%。

Claims (10)

1.一种回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置，其特征在于，所述吸附磁分离同步回收装置包括吸附材料制备区（1）、吸附区（2）、磁性分离区（3）、吸附材料再生区（4）四个单元；

所述的吸附材料制备区包括纳米粒子分散体系配制水箱（5）、LDHs溶液配制水箱（6）、混合泵（7）、超声装置（8）：纳米粒子分散体系配制水箱（5）上设置第一进液管（5-1）、第二进液管（5-2）、第一出料管（5-3）和加热保温装置（9），LDHs溶液配制水箱（6）上设置第三进液管（6-1）、第四进液管（6-2）和第二出料管（6-3），混合泵（7）通过混合泵出水管（10）连接至超声混合区（8），所述的超声装置（8）包括不锈钢箱体（11）和换能器（12），超声混合区（8）内部有超声处理中的吸附材料（8-1）；

所述的吸附单元（2）包括不锈钢箱体（13），吸附区搅拌器（14）设置在不锈钢箱体（13）中央；所述的污泥消化液进水管（15）的进水口（15-1）及吸附材料进水管（16）的进料口（16-1）均设置在不锈钢箱体（13）的下部，不锈钢箱体（13）内部有吸附有磷酸盐的吸附材料（13-1），出水槽（17）设置在不锈钢箱体（13）的上部，吸附区出水管（18）从出水槽（17）内的从不锈钢箱体（13）壁上穿出，所述的放空管（19）设置在不锈钢箱体（13）的底部，放空管（19）上设置有放空管阀门（19-1）；

所述的磁性分离区（3）包括辐流式圆筒状池体（20）、分离区进水口（18-1）、第一出水堰板（21）、出水收集槽（22）、无磷水出水管（23）、第一倒锥形收集器（24）、收集磁铁（24-1）、吸附材料收集管（24-2）和收集泵（25），所述的分离区进水口（18-1）为吸附区出水管（18）进入辐流式沉淀池的入口，吸附有磷酸盐的吸附材料（13-1）通过吸附区出水管（18）和分离区进水口（18-1）进入辐流式圆筒状池体（20）；所述的第一出水堰板（21）为围绕辐流式圆筒状池体（20）的顶部的呈锯齿状的薄壁堰，所述的无磷水出水管（23）固定连接在收集槽（22）内的池壁上；所述的第一倒锥形收集器（24）尖端连接有吸附材料收集管（24-2），收集管上有收集泵（25），所述的收集磁铁（24-1）包在倒锥形收集器（24）尖端外部；

所述的吸附材料再生区（4）包括管式混合器（26）、第二辐流式圆筒状池体（27）、第二出水堰板（28）、磷酸盐溶液收集槽（29）、第二倒锥形收集器（30）、再生磁铁（30-1）、磷酸盐溶液收集管（30-2）、吸附材料回流泵（31）和吸附材料回流管（32）；所述的管式混合器（26）一端与泵（25）的出水管连接，另一端连接在辐流式圆筒状池体（26）底部，管式混合器（26）上固定连接有加药管（26-1），管式混合器（26）内部含有混合元件（26-2），所述的第二辐流式圆筒状池体（27）顶部的呈锯齿状的薄壁堰为第二出水堰板（28），所述的磷酸盐溶液出水管（29-1）固定连接在收集槽（29）内的池壁上，所述的吸附材料回流管（32）一端连接在第二倒锥形收集器（30）尖端，另一端连接至磁性分离区（11），吸附材料回流管（30-2）上有回流泵（31），所述的再生磁铁（30-1）包在第二倒锥形收集器（30）尖端外部。

2.根据权利要求1所述的吸附磁分离同步回收装置，其特征在于，所述超声装置（8）的频率为20kHZ~40kHZ。

3.根据权利要求1所述的吸附磁分离同步回收装置，其特征在于，所述收集磁铁（24-1）和再生磁铁（30-1）由磁场强度为300~600Gauss钕铁硼磁铁材料制成。

4.一种利用如权利要求1-3任一项所述的回收污泥消化液中磷酸盐的吸附磁分离同步回收装置的废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）吸附材料制备：铁纳米粒子凝胶溶液通过第一进液管（5-1）进入纳米粒子分散体系配制水箱（5）；将硅酸钠溶液通过第二进液管（5-2）进入纳米粒子分散体系配制水箱（5）；上述铁纳米粒子凝胶溶液与硅酸钠溶液混合即得SiO₂包覆的超顺磁性纳米粒子的分散系溶液；MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合溶液通过第三进液管（6-1）进入LDHs溶液配制水箱（6），0.15 mol/L的 NaOH溶液通过第四进液管（6-2）进入LDHs溶液配制水箱（6），混合后得LDHs溶液；超顺磁性纳米粒子的分散系溶液和LDHs溶液分别通过第一出料管（5-3）和第二出料管（6-3）进入混合泵（7），混合泵出水管（7）进入超声装置（8）进行超声处理100秒，得到吸附材料（8-1）；

（2）吸附处理：将COD≤2000mg/L、BOD₅≤600mg/L、氨氮≤400mg/L、磷酸盐≤100mg/L且pH值为6.0~7.0的污泥消化液从进水管（15）进入吸附区（2）中的不锈钢箱体（13），在吸附区（2）中央的吸附区搅拌器（14）的搅拌作用下，污泥消化液与吸附材料充分混合，进行磷酸盐吸附处理，经过吸附区（2）处理后的水与吸附材料的混合物进入磁性分离区（3）；进入磁性分离区（3）的污泥消化液与吸附材料溶液的流量比为50:1；

（3）磁性分离：处理后的水与吸附材料的混合物通过分离区进水管（18）进入磁性分离区（4）后，处理后的水（不含磷酸盐）依次通过第一出水堰板（21）、出水收集槽（22）、无磷水出水管（23）而排出；吸附有磷酸盐的吸附材料在第一磁铁（24-1）的作用下聚积在第一倒锥形收集器（24）的底部，并在收集泵（25）的作用下通过吸附材料收集管（24-2）进入吸附材料再生区（4）；

（4）吸附材料再生：来自收集泵（25）的吸附有磷酸盐的吸附材料进入管式混合器（26），在管式混合器（26）中与加药管（26-1）输送的碱性溶液混合再生后进入第二辐流式圆筒状池体（27）底部；磷酸盐溶液依次流入第二出水堰板（28）、磷酸盐溶液收集槽（29）、磷酸盐溶液收集管（30-2），被收集回收，吸附材料在磁铁（30-1）的作用下聚积在第二倒锥形收集器（30）的底部，并通过回流泵（31）送至吸附材料进料口（16）前端。

5.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铁纳米粒子凝胶溶液采用以下方法制备而成：将FeCl₃·6H₂O与FeCl₂·4H₂O溶解于去离子水中，然后与氢氧化铵溶液混合清洗并溶于硝酸溶液即得；所述FeCl₃·6H₂O与FeCl₂·4H₂O摩尔比为2:1；所述FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O在去离子水中的浓度为0.32mol/L；所述氢氧化铵溶液的质量分数为25%；FeCl₃·6H₂O、FeCl₂·4H₂O混合溶液与氢氧化铵溶液的体积比为1：1；所述硝酸的浓度为0.66mol/L，加入量比例为已有混合溶液体积的50%；所述硅酸钠在铁纳米粒子凝胶溶液中的质量分数为2.5%；所述硅酸钠溶液质量分数为36%。

6.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O的摩尔比为2:1；所述MgCl₂·6H₂O溶液的浓度为0.2mol/L；所述AlCl₃·6H₂O溶液的浓度为0.1mol/L；所述LDHs溶液配制水箱（6）中NaOH溶液和MgCl₂·6H₂O和AlCl₃·6H₂O混合溶液的体积比为4：1。

7.根据权利要求4-6任一项所述的废水处理方法，其特征在于，所述LDH配制溶液在超顺磁性纳米粒子分散体系溶液中的浓度为400mg/L。

8.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的纳米粒子分散体系配制水箱为70℃保温加热环境，所述LDHs溶液配制水箱为常温环境。

9.根据权利要求4-6任一项所述的废水处理方法，其特征在于，步骤（2）中，所述磷酸盐吸附处理的时间为0.5h~1h，搅拌速度为150~200 r/min。

10.根据权利要求4所述的废水处理方法，其特征在于，步骤（4）中，所述吸附有磷酸盐的吸附材料和碱性溶液，两者比例应控制在1~5ml碱性溶液/g吸附材料；所述的碱性溶液为0.1mol/LNaOH和2.0mol/LNaCl的混合溶液,混合体积比为1:1。

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