CN204125219U - 一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置 - Google Patents

Abstract

一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，它由反应池（1）、碱液储备槽（8）、磷盐储备槽（9）和镁盐储备槽（11）组成，反应池（1）由圆筒形的立式池壁（15）、由上向下伸入该池壁内部中心位置的中间反应管（3）、置于中间反应管出口下面的反射板（4）构成，中间反应管内交错设置多层的水流挡板（16），水流挡板的里端分别向下倾斜，倾角为15～25o。本实用新型结构简单，操作简便，反应器内叠水方式形成的自动力水力搅拌代替电机的机械搅拌，具有节能、高效，沉淀时间长、沉淀效果好的特点。

Description

一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，它利用磷酸铵镁沉淀法从废水中去除溶解性氮、磷污染物，并使之沉淀生成鸟粪石，属于废水处理和资源化技术领域。

背景技术

当废水或溶液中同时含有Mg²⁺、PO₄ ^3–、NH₄ ⁺三种离子时，且离子浓度积大于MgNH₄PO₄·6H₂O溶度积常数时，发生磷酸铵镁（MAP）沉淀反应，其结晶沉淀原理如下列反应式（1）、（2）所示，这一现象分别被Rawn（1939）和Borgerding（1972）研究废水处理厂消化污泥管道沉淀时发现。

NH₃ + H₃O⁺ ? + NH₄ ⁺ + H₂O                             （1）

Mg²⁺ + PO₄ ^3– + NH₄ ⁺ + 6H₂O ? MgNH₄PO₄·6H₂O ↓          （2）

Ksp = 2.51′10^–13，pKsp = –log(Ksp) = 12.6

沉淀产物MAP （MgNH₄PO₄·6H₂O）俗称为鸟粪石，白色结晶粉末，相对密度1.71，易溶于酸，不溶于碱、水、及乙醇溶液，施入农田后有缓释氮、磷的特点，被视为极有价值的农业缓释肥，因此近年来成为废水处理中脱氮除磷技术的研究热点。它具有反应快速、容易实现，反应条件容易控制等多种优点。

但目前此技术在工程实践中的推广应用还有很大的难度，除了投加药剂成本的原因，在反应装置、工艺流程上的不完善是其主要影响因素，特别是工程上缺乏对鸟粪石沉淀产物分离回收的装置，成为限制鸟粪石沉淀技术对废水中氮磷污染物进行资源化回收利用的“瓶颈”问题。在中国专利号201210454919.9 “将污水中氮磷制备成鸟粪石晶体的装置和工艺”，中国专利号201010169236.X “采用鸟粪石沉淀法从废水中回收磷的装置及工艺方法”及中国专利号201010141900.X “一体化鸟粪石法氮磷回收装置”等专利中，涉及了鸟粪石反应器，但配套设备多，电耗高，投资成本大，且大部分专利在沉淀反应区设置填料，这样会减少进水量、增大反应器容积，易造成沉淀分离效果不理想、沉淀收集难度大等缺点。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、便于分离回收的间歇式运行的对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置。

为了实现上述的目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，它由反应池、碱液储备槽、磷盐储备槽和镁盐储备槽组成，反应池由圆筒形的立式池壁、由上向下伸入该池壁内部中心位置的中间反应管、置于中间反应管出口下面的反射板构成，中间反应管内交错设置多层的水流挡板，水流挡板的里端分别向下倾斜，倾角为15～25o。

在上述中，反应池的污水进水管经污水提升泵接反应池，碱液储备槽的碱液加药管经加碱泵接反应池，磷盐储备槽的磷盐加药管经磷盐计量泵接反应池，镁盐储备槽的镁盐加药管经镁盐计量泵接反应池。

另外，池壁底部接有晶体收集斗，晶体收集斗侧边接有出水管，出水管上安装有排水阀，晶体收集斗的出口接排泥管，排泥管安装排泥阀，所述的污水进水管、碱液加药管、磷盐加药管和镁盐加药管分别由中间反应管顶部伸入。

发明人用鸟粪石沉淀法对养殖废水、污泥厌氧消化液等含氮磷废水进行了细致的MAP沉淀反应研究。反应过程中的现象表明，MAP沉淀反应在常温常压下即可发生且反应极为迅速，一般反应时间根据水量与搅拌速率的不同在2-10分钟即可完成，并且鸟粪石沉淀快，形成上清液较为清澈。因此在选择沉淀反应方式时，本实用新型中采用间歇式反应方式。

本实用新型中对鸟粪石沉淀产物进行了XRD检测分析（X射线衍射分析）和SEM分析（电子扫描电镜分析），结果表明沉淀物的主成分为MAP结晶沉淀，在沉淀条件为pH值9.0、P/Mg/N摩尔比分别为1/1/5、1/1.4/5和1/1/1.2时、沉淀时间为3小时，MAP结晶物含量达到77.7%-93%。

本实用新型中各装置构造简单，操作简便，反应器内叠水方式形成的自动力水力搅拌代替电机的机械搅拌，具有节能、高效，沉淀时间长、沉淀效果好的特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型提供的一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，它由反应池1、碱液储备槽8、磷盐储备槽9和镁盐储备槽11组成，反应池1由圆筒形的立式池壁15、由上向下伸入该池壁内部中心位置的中间反应管3、置于中间反应管3出口下面的反射板4构成，中间反应管3内交错设置多层的水流挡板16，水流挡板16的里端分别向下倾斜，倾角为20o。水流挡板16的数量根据中间反应管3的长度和内径的大小而定。

反应池1的污水进水管19经污水提升泵13接反应池1，碱液储备槽8的碱液加药管20经加碱泵7接反应池1，磷盐储备槽9的磷盐加药管17经磷盐计量泵10接反应池1，镁盐储备槽11的镁盐加药管18经镁盐计量泵12接反应池1；所述的污水进水管19、碱液加药管20、磷盐加药管17和镁盐加药管18分别由中间反应管3顶部伸入；中间反应管3的管壁设置pH探头5与pH控制器6相接，pH控制器6与加碱泵7连接。

池壁15底部经池底坡面21接有晶体收集斗23，晶体收集斗23侧边接有出水管14，出水管14上安装有排水阀22，晶体收集斗23的出口接排泥管24，排泥管24安装排泥阀2，

应用例1：

反应池1直径约30cm，高60cm（不包括池底锥形部分），中间反应管3管径为10cm，高40cm，有效容积42L，中间反应管3内设8层水流挡板16，进水流量180L/h，然后将氨氮浓度为668.4mg/L、溶解性磷浓度76.3mg/L、COD浓度4471.3 mg/L的畜禽养殖废水通过氮磷污水进水管19加入中间反应管3，同时通过磷盐计量泵10、镁盐计量泵12将磷盐储备槽9、镁盐储备槽10中4.8% Na₃PO₄溶液、和17% MgCl₂溶液一同加入中间反应管3，控制Na₃PO₄溶液流量26L/h，MgCl₂溶液流量9.4L/h，调节进水PO₄ ^3--P/Mg²⁺/ NH₄ ⁺-N摩尔比为1/1/1.2；pH控制器6通过反应池1中pH探头5控制加碱泵7将碱液储备槽8中2.5 mol/L NaOH碱液经碱液加药管20进入中间反应管3，使反应池1中废水pH值约8.5～9.0；进水时关闭出水阀22、排泥阀25，开启磷盐计量泵10、镁盐计量泵12、含氮磷污水提升泵13及pH控制系统，磷溶液、镁溶液、污水、碱液进入中间反应管3后，水流在中间反应管3内沿水流挡板16交错方向形成S形流动，污水通过水流挡板16后在中间反应管3末端由于反射板4的作用改变水流方向向上流动，中间反应管3外部池体水流速度降低，污水缓慢向上流动，鸟粪石晶体颗粒团聚、生长；进水完成后停止进水和加药，静置3小时；由于生成鸟粪石晶体密度和粒径较大且水流速度较慢，晶粒下沉至池底坡面21并收集于晶体收集斗23，然后开启出水阀22将沉淀后上清液排出。再开启排泥阀2排出含有鸟粪石沉淀的泥水混合物，经收集分离而得鸟粪石晶体。经过鸟粪石沉淀后的上清液中氨氮、溶解性磷、COD浓度分别是127.0 mg/L、35.2 mg/L、3532.3 mg/L，对鸟粪石检测分析其纯度91.5%。

应用例2：

反应池1直径约60cm，高120cm（不包括池底锥形部分），中间反应管3管径为20cm，高80cm，有效容积85L，中间反应管3内设8层挡板，水流量约360L/h，然后将氨氮浓度为809.2mg/L、溶解性磷浓度89.4mg/L、COD浓度4157.4 mg/L的畜禽养殖废水通过氮磷废水提升泵13加入中间反应管3，同时通过磷盐计量泵10、镁盐计量泵12将磷盐储备槽9、镁盐储备槽10中4.8% Na₃PO₄溶液、和17% MgCl₂溶液一同加入中间反应管3，控制Na₃PO₄溶液流量50L/h，MgCl₂溶液流量18L/h，调节进水PO₄ ^3--P/Mg²⁺/ NH₄ ⁺-N摩尔比为1/1/1.2；pH控制器6通过反应池1中pH探头5控制加碱泵7将碱液储备槽8中2.5 mol/L NaOH碱液经碱液加药管20进入中间管3，使反应池1中废水pH值约8.5-9.0，；进水时关闭出水阀22、排泥阀25，开启磷盐计量泵10、镁盐计量泵12、含氮磷污水提升泵13及pH控制系统，磷溶液、镁溶液、污水、碱液进入中间反应管3后，水流在中间反应管3内沿水流挡板16交错方向形成S形流动，污水通过水流挡板16后在中间反应管3末端由于反射板4的作用改变水流方向向上流动，中间反应管3外部池体水流速度降低，污水缓慢向上流动，鸟粪石晶体颗粒团聚、生长；进水完成后关闭进水阀、加药阀，静置3小时；由于生成鸟粪石晶体密度、粒径较大且水流速度较慢，晶粒下沉至池底坡面21并收集于晶体收集斗23，然后开启出水阀22将沉淀后上清液排出，再开启排泥阀2排出含有鸟粪石沉淀的泥水混合物，经收集分离而得鸟粪石晶体。经过鸟粪石沉淀后的上清液中氨氮、溶解性磷、COD浓度分别是153.7 mg/L、50.2 mg/L、3238.3 mg/L，对鸟粪石检测分析其纯度93.2%。

Claims (5)

1.一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，它由反应池（1）、碱液储备槽（8）、磷盐储备槽（9）和镁盐储备槽（11）组成，其特征在于，反应池（1）由圆筒形的立式池壁（15）、由上向下伸入该池壁内部中心位置的中间反应管（3）、置于中间反应管（3）出口下面的反射板（4）构成，中间反应管（3）内交错设置多层的水流挡板（16），水流挡板（16）的里端分别向下倾斜，倾角为15～25o。

2.根据权利要求1所述的一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，其特征在于，反应池（1）的污水进水管（19）经污水提升泵（13）接反应池（1），碱液储备槽（8）的碱液加药管（20）经加碱泵（7）接反应池（1），磷盐储备槽（9）的磷盐加药管（17）经磷盐计量泵（10）接反应池（1），镁盐储备槽（11）的镁盐加药管（18）经镁盐计量泵（12）接反应池（1）。

3.根据权利要求2所述的一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，其特征在于，池壁底部接有晶体收集斗（23），晶体收集斗（23）侧边接有出水管（14），出水管（14）上安装有排水阀（22），晶体收集斗（23）的出口接排泥管（24），排泥管（24）安装排泥阀（2），所述的污水进水管（19）、碱液加药管（20）、磷盐加药管（17）和镁盐加药管（18）分别由中间反应管（3）顶部伸入。

4.根据权利要求3所述的一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，其特征在于，池壁底部经池底坡面（21）再与晶体收集斗（23）连接。

5.根据权利要求2所述的一种对废水氮磷进行鸟粪石资源化反应装置，其特征在于，中间反应管（3）的管壁设置pH探头（5）与pH控制器（6）相接，pH控制器（6）与加碱泵（7）连接。