CN111285493A - 应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，属于污水处理技术领域。该装置包括超重力循环处理系统、气体给料系统、液体给料系统、仪表电路控制系统、药剂添加系统、尾气处理系统、储液槽、沉淀反应器和固体过滤器。待处理源分离尿液和空气同时进入超重力循环处理系统进行多级吹脱；吹脱后出水排入沉淀反应器进行鸟粪石沉淀结晶反应；沉淀反应后出水进入固体过滤器过滤收集得到鸟粪石沉淀；过滤后出水与臭氧气体同时再次进入超重力循环处理系统，反应尾气进入尾气处理装置。该装置实现了源分离尿液中氨氮和有机污染物的有效去除，同时回收磷元素，减少了运行成本和反应时间，便于系统优化和节能降耗。

Description

应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是指一种应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置。
背景技术
尿液是富含氮磷的高浓度液体，具有污染性和资源性的双重特征。氮元素对生命活动的正常运行具有重大意义，而大量排放的氨氮进入水体后，若超过水体的自净饱和量，会造成水体富营养化；磷作为一种不可再生资源也正在逐步的减少。尿液仅占生活污水的不足1％，但却贡献了城市生活污水中80％和50％的氮和磷。所以尿液的单独收集和处理，去除其中的有害物质的同时回收其中的营养元素，对于实现污水有效处理及资源有效回收有着重大的意义。
传统源分离尿液处理方式如沉淀结晶技术、物理脱水技术、吹脱吸收技术、高级氧化技术、离子交换吸附技术、生物处理技术、电化学技术等技术存在成本高、会产生有害副产物、只能回收或去除单一物质、反应周期较长等各种问题。其中吹脱吸收技术、高级氧化技术以及鸟粪石沉淀技术是处理源分离尿液的三种主要方式，分别可以有效实现尿液中的氨氮去除、有机物的去除以及磷的回收，备受研究者们的青睐。将此三种处理技术耦合即可同时实现有害元素的去除和有益元素的回收，但由于工序较多，普通的复合处理技术存在着操作复杂且效率低的缺点。
超重力技术是以超重机(旋转床)为核心，通过离心力强化传递与混合过程，对于气液传质过程有着极好的强化效果。与传统化工过程技术相比，超重力技术具有传质强度高、停留时间短、持液量小、开停车容易、设备体积小等优点。因此，将超重力技术应用在源分离尿液的处理上是一种新的更为高效绿色环保处理技术。将吹脱、鸟粪石沉淀反应、高级氧化与超重力技术相结合，使其集中于一套完整的一体化装置中来处理源分离尿液，实现多级吹脱和循环氧化的强化，并与传统的鸟粪石沉淀反应耦合，不仅可以得到符合排放标准的出水，还可以获得良好的缓释磷肥鸟粪石。整个系统的反应强化机制与工艺耦合机制，可以简化处理过程、节约成本的同时可以得到更好的处理效果，有利于更高效地去除尿液中的氨氮和有机污染物，同时还可以以鸟粪石的形式回收尿液中的磷元素。对源分离尿液的资源化利用、生态卫生排水技术的推广、城市污水的资源化处理等方面都具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，首先采用超重力技术实现源分离尿液中多级吹脱与高级氧化反应的强化，再与传统的鸟粪石沉淀反应耦合，实现源分离尿液综合处理的目标。
该装置包括超重力循环处理系统、气体给料系统、液体给料系统、仪表电路控制系统、药剂添加系统、尾气处理系统、储液槽、沉淀反应器和固体过滤器，超重力循环处理系统设置气体入口、液体入口、气体出口、液体出口和药剂入口，气体给料系统包括高压风机和气体进出口阀门，液体给料系统包括储液槽和液体分布器，药剂添加系统包括臭氧发生器、药剂槽和缓冲罐，尾气处理系统包括气体除雾塔和管道；高压风机通过管道与超重力循环处理系统的气体入口连接，连接高压风机的管道上设有气体流量计，吹脱气体由高压风机进入反应体系；储液槽通过管道与超重力循环处理系统的液体入口连接，液体入口处设置液体分布器，连接储液槽的管道上设有液体流量计，并配置液泵，待处理液体由储液槽进入反应体系；超重力循环处理系统的液体出口经缓冲罐再次与储液槽相连，储液槽后接沉淀反应器，沉淀反应器后接固体过滤器；超重力循环处理系统的气体出口与尾气处理系统的气体除雾塔相连；仪表电路控制系统控制整个装置的电路部分；臭氧发生器和药剂槽通过管道连接超重力循环处理系统的药剂入口。
其中，气体进出口阀门包括气体进口阀门一、气体进口阀门二、气体出口阀门一和气体出口阀门二，气体进口阀门一设置在超重力循环处理系统的气体入口处，连接高压风机的气体管道末端设置气体进口阀门二，连接气体除雾塔的两路管道上分别设置气体出口阀门一和气体出口阀门二。
储液槽内盛放的待处理源分离尿液和高压风机吸入的空气同时通入超重力循环处理系统进行多级吹脱，吹脱后出水由储液槽排入沉淀反应器中，进行鸟粪石沉淀结晶反应，鸟粪石沉淀反应结束后，废水进入固体过滤器进行过滤以收集鸟粪石沉淀，过滤后废水回到储液槽与臭氧发生器产生的臭氧气体同时进入超重力循环处理系统，进行循环高级氧化过程；反应尾气由超重力循环处理系统的气体出口进入尾气处理系统，最终获得鸟粪石沉淀结晶和符合水质标准要求的出水。
当只打开气体进口阀门一与气体出口阀门一时，实现气体与液体逆流反应；当只打开气体进口阀门二与气体出口阀门二时，实现气体与液体错流反应。
超重力循环处理系统的液体入口与液体出口均与储液槽相连，在液体出口处设有缓冲罐与阀门，构成液体的闭路循环体系，通过阀门控制实现多级反应操作。
超重力循环处理系统内设置耐腐蚀、轻便、耐磨损的PP多面空心球填料；为保证液体在填料上均匀分布，在超重力循环处理系统的转子中央设置液体分布器，超重力循环处理系统外壁选用304不锈钢材料制成，超重力循环处理系统的轴与壳体连接处采用K形密封设计。
通过超重力循环处理系统对源分离尿液进行多级吹脱以去除氨氮；通过沉淀反应器进行鸟粪石沉淀反应回收磷元素；再通过超重力循环处理系统进行循环高级氧化以去除有机污染物。通过超重力技术强化吹脱与高级氧化过程，超重力吹脱、鸟粪石沉淀反应与超重力高级氧化三项技术的耦合实现了源分离尿液的综合处理，进而实现有效去除源分离尿液中氨氮和有机污染物并回收磷元素。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明采用超重力技术的一体化装置，将源分离尿液的氨氮吹脱、鸟粪石沉淀反应和高级氧化技术耦合，可以在去除源分离尿液中氨氮和有机污染物的同时，以鸟粪石沉淀的形式回收磷元素，在对源分离尿液实现无害化处理的同时几乎没有副产物产生，实现了源分离尿液的一体化连续处理。超重力技术是一种高效环保的过程强化技术，应用超重力技术强化吹脱和高级氧化反应，整个系统在较短时间内运行完毕，可提高源分离尿液的处理效率并节约成本，有利于节能降耗。
附图说明
图1为本发明的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置工作流程示意图；
图2为本发明的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置结构示意图。
其中：1-待处理源分离尿液；2-空气；3-超重力循环处理系统；4-储液槽；5-沉淀反应器；6-固体过滤器；7-气体进口阀门一；8-气体进口阀门二；9-气体出口阀门一；10-气体出口阀门二；11-高压风机；12-液体分布器；13-气体除雾塔；14-臭氧发生器；15-药剂槽；16-缓冲罐；17-填料。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置。
如图2所示，该装置包括超重力循环处理系统3、气体给料系统、液体给料系统、仪表电路控制系统、药剂添加系统、尾气处理系统、储液槽4、沉淀反应器5和固体过滤器6，超重力循环处理系统3设置气体入口、液体入口、气体出口、液体出口和药剂入口，气体给料系统包括高压风机11和气体进出口阀门，液体给料系统包括储液槽4和液体分布器12，药剂添加系统包括臭氧发生器14、药剂槽15和缓冲罐16，尾气处理系统包括气体除雾塔13和管道；高压风机11通过管道与超重力循环处理系统3的气体入口连接，连接高压风机11的管道上设有气体流量计，吹脱气体由高压风机11进入反应体系；储液槽4通过管道与超重力循环处理系统3的液体入口连接，液体入口处设置液体分布器12，连接储液槽4的管道上设有液体流量计，并配置液泵，待处理液体由储液槽4进入反应体系；超重力循环处理系统3的液体出口经缓冲罐16再次与储液槽4相连，储液槽4后接沉淀反应器5，沉淀反应器5后接固体过滤器6；超重力循环处理系统3的气体出口与尾气处理系统的气体除雾塔13相连；仪表电路控制系统控制整个装置的电路部分；臭氧发生器14和药剂槽15通过管道连接超重力循环处理系统3的药剂入口。
气体进出口阀门包括气体进口阀门一7、气体进口阀门二8、气体出口阀门一9和气体出口阀门二10，气体进口阀门一7设置在超重力循环处理系统的气体入口处，连接高压风机11的气体管道末端设置气体进口阀门二8，连接气体除雾塔13的两路管道上分别设置气体出口阀门一9和气体出口阀门二10。
如图1所示，储液槽4内盛放的待处理源分离尿液1和高压风机11吸入的空气2同时通入超重力循环处理系统3进行多级吹脱，吹脱后出水由储液槽4排入沉淀反应器5中，进行鸟粪石沉淀结晶反应，鸟粪石沉淀反应结束后，废水进入固体过滤器6进行过滤以收集鸟粪石沉淀，过滤后废水回到储液槽4与臭氧发生器14产生的臭氧气体同时进入超重力循环处理系统3，进行循环高级氧化过程；反应尾气由超重力循环处理系统3的气体出口进入尾气处理系统，最终获得鸟粪石沉淀结晶和符合水质标准要求的出水。
在实际应用中，首先打开循环水，调节阀门设置气液流动方式，启动超重力循环处理系统3，将待处理的源分离尿液1和空气2同时通入超重力循环处理系统3进行多级吹脱，定时测定储液槽4中液体氨氮含量，待其达到指定值时吹脱过程结束，停止通入空气，关闭超重力循环处理系统3。将吹脱后液体通入沉淀反应器5，并加入药剂进行鸟粪石沉淀反应。鸟粪石沉淀反应结束后，废水进入固体过滤器6进行过滤以单独收集鸟粪石沉淀。再次启动超重力循环处理系统3，过滤后废水回到储液槽4与臭氧发生器14产生的臭氧气体同时进入超重力循环处理系统3，进行循环高级氧化过程，随时测定储液槽4中液体COD含量，待其达到指定值时高级氧化过程结束，停止通入臭氧，通入冲洗水清洗设备，清洗完成后关闭循环水，断电停机。反应尾气由气体出口进入尾气处理系统，最终获得符合水质标准要求的出水和鸟粪石沉淀结晶。通过以上流程实现超重力吹脱、鸟粪石沉淀反应与超重力高级氧化三段式处理源分离尿液，达到获取符合水质要求的出水和鸟粪石沉淀的目的。
针对上述吹脱、鸟粪石沉淀反应与高级氧化工艺条件的需求，通过管道和阀门将各反应器连接，配合电路控制系统，可实现整个系统的连续运行。由于待处理物料需在碱性和强氧化条件下进行反应，故一体化装置整体采用耐腐蚀的304不锈钢材料制成，内部填料17采用PP多面空心球。本装置可以通过气体阀门组合开关实现逆流和错流反应的切换，故可按需求选择合适的气液流向。吹脱和高级氧化过程均可以通过超重力技术得到强化，为充分发挥超重力技术加强气液传质的能力，应尽量避免其内部堵塞，故将鸟粪石沉淀反应置于外部反应器中进行。根据原料性质调控处理过程中工艺参数，以达到最佳污染物去除效果和最小能耗。
在本发明装置中反应产生的鸟粪石沉淀可以作为缓释磷肥使用，添加于农田中，作为补充磷源；产生的出水可达标排放。整个系统可连续稳定运行，实现对源分离尿液的无害化、能源化处理和利用，整个过程中几乎没有废物产生。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，其特征在于：包括超重力循环处理系统(3)、气体给料系统、液体给料系统、仪表电路控制系统、药剂添加系统、尾气处理系统、储液槽(4)、沉淀反应器(5)和固体过滤器(6)，超重力循环处理系统(3)设置气体入口、液体入口、气体出口、液体出口和药剂入口，气体给料系统包括高压风机(11)和气体进出口阀门，液体给料系统包括储液槽(4)和液体分布器(12)，药剂添加系统包括臭氧发生器(14)、药剂槽(15)和缓冲罐(16)，尾气处理系统包括气体除雾塔(13)和管道；高压风机(11)通过管道与超重力循环处理系统(3)的气体入口连接，连接高压风机(11)的管道上设有气体流量计，吹脱气体由高压风机(11)进入反应体系；储液槽(4)通过管道与超重力循环处理系统(3)的液体入口连接，液体入口处设置液体分布器(12)，连接储液槽(4)的管道上设有液体流量计，并配置液泵，待处理液体由储液槽(4)进入反应体系；超重力循环处理系统(3)的液体出口经缓冲罐(16)再次与储液槽(4)相连，储液槽(4)后接沉淀反应器(5)，沉淀反应器(5)后接固体过滤器(6)；超重力循环处理系统(3)的气体出口与尾气处理系统的气体除雾塔(13)相连；仪表电路控制系统控制整个装置的电路部分；臭氧发生器(14)和药剂槽(15)通过管道连接超重力循环处理系统(3)的药剂入口。
2.根据权利要求1所述的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，其特征在于：所述气体进出口阀门包括气体进口阀门一(7)、气体进口阀门二(8)、气体出口阀门一(9)和气体出口阀门二(10)，气体进口阀门一(7)设置在超重力循环处理系统的气体入口处，连接高压风机(11)的气体管道末端设置气体进口阀门二(8)，连接气体除雾塔(13)的两路管道上分别设置气体出口阀门一(9)和气体出口阀门二(10)。
3.根据权利要求1所述的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，其特征在于：所述储液槽(4)内盛放的待处理源分离尿液(1)和高压风机(11)吸入的空气(2)同时通入超重力循环处理系统(3)进行多级吹脱，吹脱后出水由储液槽(4)排入沉淀反应器(5)中，进行鸟粪石沉淀结晶反应，鸟粪石沉淀反应结束后，废水进入固体过滤器(6)进行过滤以收集鸟粪石沉淀，过滤后废水回到储液槽(4)与臭氧发生器(14)产生的臭氧气体同时进入超重力循环处理系统(3)，进行循环高级氧化过程；反应尾气由超重力循环处理系统(3)的气体出口进入尾气处理系统，最终获得鸟粪石沉淀结晶和符合水质标准要求的出水。
4.根据权利要求2所述的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，其特征在于：当只打开气体进口阀门一(7)与气体出口阀门一(9)时，实现气体与液体逆流反应；当只打开气体进口阀门二(8)与气体出口阀门二(10)时，实现气体与液体错流反应。
5.根据权利要求1所述的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，其特征在于：所述超重力循环处理系统(3)的液体入口与液体出口均与储液槽(4)相连，在液体出口处设有缓冲罐(16)与阀门，构成液体的闭路循环体系，通过阀门控制实现多级反应操作。
6.根据权利要求1所述的应用超重力技术进行源分离尿液处理的一体化装置，其特征在于：所述超重力循环处理系统(3)内设置耐腐蚀、轻便、耐磨损的PP多面空心球填料(17)；为保证液体在填料上均匀分布，在超重力循环处理系统(3)的转子中央设置液体分布器(12)，超重力循环处理系统(3)外壁选用304不锈钢材料制成，超重力循环处理系统(3)的轴与壳体连接处采用K形密封设计。
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