CN218709522U - 一种氮磷资源回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氮磷资源回收技术领域，特别是涉及一种氮磷资源回收装置。在本实施例中，污水氮磷回收装置包括反应塔主体、导流筒进水管、进料管和进气管。导流筒内混合液的流速较快，而导流筒外侧壁与反应塔主体内侧壁之间的混合液流速较慢。污泥脱水清液或厌氧发酵液、镁源、晶种及气体等原料的混合和反应主要发生在导流筒内部区域，也即混合反应区。而鸟粪石的聚结和沉淀主要发生在穿孔导流筒外侧壁与反应塔主体内侧壁之间的区域；也即过渡区。因此，导流筒将反应塔主体内部区域划分为混合反应区和过渡区，而混合反应区和过渡区的划分有助于提升污水氮磷资源回收的工作效率，同时也能够提高生成的鸟粪石的粒度。

Description

一种氮磷资源回收装置

技术领域

本实用新型涉及氮磷资源回收技术领域，尤其是涉及一种氮磷资源回收装置。

背景技术

氮、磷是造成水体富营养化的主要元素，但也属于稀缺资源。随着世界人口增长和工农业生产规模的扩大，氮、磷资源日渐枯竭，而生活污水由生产生活中产生的“黑水”和“灰水”组成，含有“较丰富”的氮、磷，回收潜力巨大。如果能将污水中的氮、磷回收，不仅能避免水体富营养化的问题，还能实现资源的循环利用，符合当前我国建设环境友好型和资源节约型社会的要求，具有经济和环境双重效益。

鸟粪石(Mg(NH₄)PO₄·6H₂O,MAP)结晶法可以高效去除污水中较高浓度的氨氮和磷酸根，其基本原理是通过向溶液中投加镁源，使得Mg²⁺、NH₄ ⁺以及PO₄ ^3-的离子浓度积大于MAP的溶度积常数K_sp时，会自发形成鸟粪石。鸟粪石在污水中的形成机理如下:

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

该方法具有反应速度快，受水力条件和废水中悬浮物的影响小等特点。生成物MAP沉降性能好，可作为一种高效的农业缓释肥料，具有很高的利用价值，是目前污水氮磷资源化领域的研究热点。然而，现有的氮磷资源回收装置回收鸟粪石的效率较低。

实用新型内容

为了提高鸟粪石的回收效率，本申请实施例提供一种氮磷资源回收装置，能够提高从污水中回收鸟粪石的效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种污水氮磷回收装置，所述装置包括：反应塔主体、导流筒、进水管、进料管和进气管，其中，反应塔主体的顶端开设有出水口，反应塔主体还开设有第一进水口、第一进料口和进气口；进水管安装于反应塔主体，且进水管用于将污泥脱水清液或厌氧发酵液输入反应塔主体内；进料管安装于所述反应塔主体，且进料管用于将镁源和晶种输入反应塔主体内；导流筒设置于反应塔主体内部，所述导流筒的侧壁开设有多个导流孔，所述导流筒的侧壁靠近所述反应塔主体底端的一侧设置有第二进水口和第二进料口，其中，所述第一进水口通过进水管连接所述第二进水口，所述第一进料口通过进料管连接所述第二进料口，其中，所述出水口用于排放反应后的剩余混合液；进气管，所述进气管通过所述进气口与所述反应塔主体内腔连通，所述进气管的排气口相对于所述导流筒靠近所述反应塔主体的底端，所述进气管用于将气体输入所述反应塔主体内。在本实施例中，导流筒内混合液的流速较快，而导流筒外侧壁与反应塔主体内侧壁之间的混合液流速较慢。污泥脱水清液或厌氧发酵液、镁源、晶种及气体等原料的混合和反应(成核过程)主要发生在导流筒内部区域，也即混合反应区。而鸟粪石的聚结(晶核成长过程)和沉淀主要发生在穿孔导流筒外侧壁与反应塔主体内侧壁之间的区域；也即过渡区。因此，导流筒将反应塔主体内部区域划分为混合反应区和过渡区，而混合反应区和过渡区的划分有助于提升污水氮磷资源回收的工作效率，同时也能够提高生成的鸟粪石的粒度。

在一些实施例中，所述装置还包括：折流挡板，所述折流挡板设置于所述反应塔主体的顶端，所述折流挡板用于引导从所述导流筒靠近所述反应塔主体顶部的一端流出的混合液流入所述导流筒的外侧壁和所述反应塔主体的内侧壁之间的区域，以及，用于引导所述混合液中的气泡沿所述折流挡板从所述反应塔主体的顶端溢出。

在一些实施例中，所述装置还包括：搅拌器，所述搅拌器的一端安装于所述反应塔主体的顶部，所述搅拌器的另一端位于所述导流筒的内腔，所述搅拌器用于搅拌所述导流筒内的混合液。

在一些实施例中，所述搅拌器包括转动电机和搅拌桨；其中，所述转动电机设置于所述反应塔主体的顶端，所述搅拌浆的一端与所述转动电机连接，所述搅拌桨的另一端位于所述导流筒内部。

在一些实施例中，所述装置包括：穿孔管，所述穿孔管与所述进气管的排气口连通，所述穿孔管相对于所述导流筒靠近所述反应塔主体的底端，所述穿孔管的侧壁开设有多个排气孔，所述穿孔管通过所述排气孔将所述气体输送至所述反应塔主体内。

在一些实施例中，所述装置还包括：出水堰，所述出水堰设置于所述反应塔主体的顶端，所述出水堰与所述出水口连接；所述出水堰用于使所述剩余混合液通过所述出水堰从所述出水口流出所述反应塔主体，以及，用于阻碍所述混合液中的气泡和鸟粪石颗粒从所述出水堰流出。

在一些实施例中，所述装置还包括：支架，所述支架设置于反应塔主体底端，所述支架与所述进气管位于所述反应塔主体内的一端相连接，所述支架用于将所述进气管固定于所述反应塔主体的侧壁。

在一些实施例中，所述反应塔主体的底端还开设有出料口，所述出料口用于输出鸟粪石晶体。

在一些实施例中，所述反应塔主体的反应段为圆柱形，所述反应段的高度是所述反应段的直径的3-5倍。

在一些实施例中，所述装置还包括电磁气体流量计，所述电磁气体流量计设置于所述进气管位于所述反应塔主体外的一侧，所述电磁气体流量计用于实时监测所述进气管的气体体积流量。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其他特征通过以下的描述将变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一个实施例提供的污水氮磷资源回收装置的侧视结构示意图；

图2是本实用新型的一个实施例提供的污水氮磷资源回收装置的顶部俯视结构示意图；

图3是本实用新型的一个实施例提供的污水氮磷资源回收装置的底部俯视结构示意图；

图4是本实用新型的一个实施例提供的导流筒的立体结构示意图；

图5是本实用新型的一个实施例提供的导流筒的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”和“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

如图1-图3所示，在一些实施例中，图1中的污水氮磷资源回收装置包括进水管1、截止阀2、压力表3、法兰4、进料管5、进气管6、电磁气体流量计7、穿孔管8、支架9、导流筒10、搅拌浆11、转动电机12、折流挡板13、出水堰14、出水管15、出料管16和反应塔主体17。

请参阅图1，在一些实施例中，污水氮磷回收装置包括反应塔主体17、导流筒10、进水管1、进料管5和进气管6。反应塔主体17的顶端开设有出水口a，反应塔主体17还开设有第一进水口b1、第一进料口c1和进气口d。反应塔主体17的底端还开设有出料口，所述出料口用于输出鸟粪石晶体。可选的，在一些实施例中，污水氮磷资源回收装置还包括出水管15，出水管15与出水口连接。在一些实施例中，出水管15的外侧壁还设置有截止阀2，两段出水管15的管道间通过法兰4连接。

导流筒10设置于反应塔主体内部，请参阅图4，导流筒10的侧壁开设有多个导流孔，导流筒10的侧壁靠近反应塔主体17底端的一侧设置有第二进水口b2和第二进料口c2，其中，第一进水口b1通过进水管1连接第二进水口b2，第一进料口c1通过进料管5连接第二进料口c2，其中，进水管1用于将污泥脱水清液或厌氧发酵液输入反应塔主体17，进料管5用于将镁源和晶种输入所述反应塔主体17，出水口用于排放反应后的剩余混合液。晶种例如可以是牛骨粉、方解石或石英砂，晶种的粒径为0.1-0.2mm时，鸟粪石的结晶效果较好。镁源用于提供镁离子，且镁源包括海水、海水淡化所产生的浓盐水。

图4和图5示例性出示了导流筒10不同视角的结构示意图，如图4所示，在一些实施例中，导流筒10的侧壁401上开设的多个导流孔402具体可以排列成数排。导流筒10由导流筒10的侧壁401围合而成，从而形成导流筒10的顶端开口和底端开口。导流筒10的内腔通过顶端开口和底端开口与反应塔主体17的内腔连通。在一些实施例中，导流筒10为圆柱形。在另一些实施例中，反应塔主体17的反应段为圆柱形。反应塔主体17和导流筒10竖直设置，且导流筒10轴线重合于反应塔主体17的反应段的轴线；可选地，在本实用新型的某些实施例中，当反应塔主体17反应段的高度是反应段的直径的3-5倍(例如，3倍、4倍或5倍)时，该装置对鸟粪石的回收效果以及经济性较好。

在一些实施例中，进水管1的一端位于反应塔主体17外侧，进水管1的另一端接入导流筒10内部，进水管1用于将经预处理后的污泥脱水清液或厌氧发酵液输入导流筒10。此外，进水管1外侧还设置有截止阀2和压力表3。进水管1具体包括第一进水管和第二进水管，其中，第一进水管相对于第二进水管靠近导流筒10设置，第一进水管和第二进水管之间通过法兰4连接。截止阀2和压力表3设置于第二进水管。进水管1用于将污泥脱水清液或厌氧发酵液输入所述反应塔主体17内。

在一些实施例中，进料管5设置于反应塔主体17的底端。进料管5的一端设置于反应塔主体17的外侧，进料管的另一端接入导流筒10内部。此外，进料管5外侧还设置有截止阀2和压力表3，进料管5具体包括第一进料管和第二进料管，其中，第一进料管相对于第二进料管靠近导流筒10设置，第一进料管和第二进料管之间通过法兰4连接。截止阀2和压力表3具体设置于第二进料管。进料管5用于将海水或其浓盐水和晶种输入所述反应塔主体17内。

在一些实施例中，进气管6通过进气口d与所述反应塔主体17内腔连通，进气管6的排气口相对于所述导流筒10靠近反应塔主体17的底端，进气管6位于进水管1的下方。进气管6用于将气体输送至反应塔主体17内，进气管6外侧壁设置有截止阀2和电磁气体流量计7，进气管6的两段管道间通过法兰4连接。进气管6的一端位于反应塔主体17外侧，且进气管6的另一端连接穿孔管8。进气管6输入的气体例如可以是压缩空气或氮气。

在一些实施例中，污水氮磷回收装置还包括穿孔管8。穿孔管8与进气管6的排气口连通，且穿孔管8相对于导流筒10靠近反应塔主体17的底端。穿孔管8的侧壁开设有多个排气孔，穿孔管8通过排气孔将气体输送至反应塔主体17内。穿孔管8用于为厌氧发酵液(或污泥上清液)、海水(或海水淡化的浓盐水)提供气动搅拌，确保厌氧发酵液(或污泥上清液)和海水(或海水淡化的浓盐水)充分混合，同时使液体呈现流态化运动。穿孔管8的侧壁上开设有多个排气孔。穿孔管8中的气体通过排气孔进入反应塔主体17内。穿孔管8可以是任意合适的形状，例如，可以是图3所示的十字形穿孔管。

在一些实施例中，污水氮磷回收装置还包括支架9，支架9设置于反应塔主体17底端。进气管6位于反应塔主体17内的一端与支架9相连接，支架9用于将进气管6固定于反应塔主体17的侧壁，从而减少进气管6在输送气体过程中的振动。

在一些实施例中，折流挡板13设置于反应塔主体17的顶端，折流挡板13用于引导从导流筒10靠近反应塔主体17顶部的一端流出的混合液流入导流筒10的外侧壁和所述反应塔主体17的内侧壁之间的区域，以及，用于引导混合液中的气泡沿折流挡板13从反应塔主体17的顶端溢出。

在一些实施例中，搅拌器的一端安装于所述反应塔主体17的顶部，搅拌器的另一端位于所述导流筒10的内腔，且搅拌器用于搅拌导流筒10内的混合液。所述搅拌器包括转动电机12和搅拌桨11；所述转动电机12设置于所述反应塔主体17的顶端，所述搅拌浆11的一端与所述转动电机12连接，所述搅拌桨的另一端位于所述导流筒10内部。转动电机12用于为搅拌浆11提供动能。搅拌桨具体可以为多级叶片搅拌浆。搅拌浆11用于通过搅拌作用使反应区中的流体充分混合。

在一些实施例中，出水堰14设置于反应塔主体17的顶端，出水堰14与出水口a连接；出水堰14用于使所述反应液中的水通过所述出水堰14从所述出水口a流出所述反应塔主体17，以及，用于阻碍所述混合液中的气泡和鸟粪石颗粒从所述出水堰14流出。出水堰14具体可以是锯齿出水堰。

应当理解，图1所示意的结构并不构成对污水氮磷资源回收装置100的具体限定。在本申请的另一些实施例中，污水氮磷资源回收装置100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。

本申请实施例提供的污水氮磷资源回收装置具有以下有益效果：首先，确保反应液在导流筒10内部(也即，混合反应区I)充分混合，同时气泡不直接进入过渡区II，从而减少对鸟粪石聚结及沉淀的干扰；此外，还可减少鸟粪石直接在进水管1和进料管5的管道口结晶，减缓进水管1和进料管5的堵塞；其次，在反应塔主体17内设置导流筒10可以营造混合反应区I流速快的混合液流速较快、过渡区II的混合液流速较缓慢的流态环境，原料的混合及反应主要发生在导流筒10内部，而鸟粪石的聚结和沉淀主要发生在导流筒10外部，该功能划分有助于提升污水氮磷回收装置的工作效率，同时提高鸟粪石的粒度；另外，反应塔主体17中的三相分离区III可以尽量避免曝气对鸟粪石沉降的干扰，因为三相分离区将气液分离和固液分离分隔。气液分离主要发生在三相分离区中间，而固液分离主要发生在三相分离区周边。

本申请实施例污水氮磷资源回收装置的使用流程如下：先预曝气吹脱厌氧发酵液中的二氧化碳和甲烷，再预调碱将体系pH值从酸性调至弱碱性，碱液可为烧碱、石灰水的其中一种。预处理后的污泥发酵液经进水管1输送至导流筒10内部；同时，海水浓盐水以及晶种经进料管5输送至导流筒10内部；曝气风机通过进气管6输送压缩空气进入氮磷回收塔内，然后空气通过穿孔管8释放，结合机械搅拌器搅动污泥发酵液和带有晶种的海水浓盐水迅速混合，缓慢在晶种上结晶生成鸟粪石细颗粒，同时混合液流体在气浮作用下沿着导流筒10上升。在导流筒10中部位置，由于机械搅拌的作用，部分鸟粪石细颗粒通过导流孔进入以缓流为主的过渡区进行晶体聚合以及沉降，而混合液和少量气泡则沿着过渡区继续上升进入三相分离区，随后气泡从液面溢出。混合液则溢流进入出水堰14，最终通过出水管15排出。另一部分混合液沿着导流筒10内部上升进入三相分离区，大部分气泡沿着折流挡板13从反应塔主体17中间溢出，而混合液和鸟粪石晶种在折流挡板13的作用下折流向下进入过渡区。此时，鸟粪石晶体在重力作用下沉淀，而混合液则向上溢流进入出水堰14，最终通过出水管15排出。鸟粪石晶体在过渡区中缓慢生长，当其粒径大至一定程度后，会在重力作用下进入沉淀区，最终通过出料管16排出，收集后进一步开展纯化处理。此外，出水管15排出的剩余混合液富含易生化利用的有机物，最终作为碳源回补至前端生化工艺，可以显著削减碳源投加量，提升技术的经济效益。

实施例1

选取山东某市政污水处理厂的浓缩池污泥进行厌氧发酵，取厌氧发酵5天后的厌氧发酵液，经离心分离后得到的上清液作为实验用水，采用本实用新型实施例提供的污水氮磷资源回收装置对污水进行处理，其进出水水质条件如表1所示，工艺运行参数如表2所示。表1中的COD为化学需氧量。

表1.山东某市政污水处理厂污泥发酵液水质参数表

表2工艺运行参数

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种氮磷资源回收装置，其特征在于，所述装置包括：

反应塔主体，所述反应塔主体的顶端开设有出水口，所述反应塔主体还开设有第一进水口、第一进料口和进气口；

导流筒，设置于所述反应塔主体内部，所述导流筒的侧壁开设有多个导流孔，所述导流筒的侧壁靠近所述反应塔主体底端的一侧设置有第二进水口和第二进料口；

进水管，安装于所述反应塔主体，所述第一进水口通过所述进水管连接所述第二进水口，所述进水管用于将污泥脱水清液或厌氧发酵液输入所述反应塔主体内；

进料管，安装于所述反应塔主体，所述第一进料口通过所述进料管连接所述第二进料口，所述进料管用于将镁源和晶种输入所述反应塔主体内，所述出水口用于排放反应后的剩余混合液；

进气管，所述进气管通过所述进气口与所述反应塔主体内腔连通，所述进气管的排气口相对于所述导流筒靠近所述反应塔主体的底端，所述进气管用于将气体输入所述反应塔主体内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

折流挡板，所述折流挡板设置于所述反应塔主体的顶端，所述折流挡板用于引导从所述导流筒靠近所述反应塔主体顶部的一端流出的混合液流入所述导流筒的外侧壁和所述反应塔主体的内侧壁之间的区域，以及，用于引导所述混合液中的气泡沿所述折流挡板从所述反应塔主体的顶端溢出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

搅拌器，所述搅拌器的一端安装于所述反应塔主体的顶部，所述搅拌器的另一端位于所述导流筒的内腔，所述搅拌器用于搅拌所述导流筒内的混合液。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述搅拌器包括转动电机和搅拌桨；

其中，所述转动电机设置于所述反应塔主体的顶端，所述搅拌桨的一端与所述转动电机连接，所述搅拌桨的另一端位于所述导流筒内部。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括：

穿孔管，所述穿孔管与所述进气管的排气口连通，所述穿孔管相对于所述导流筒靠近所述反应塔主体的底端，所述穿孔管的侧壁开设有多个排气孔，所述穿孔管通过所述排气孔将所述气体输送至所述反应塔主体内。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

出水堰，所述出水堰设置于所述反应塔主体的顶端，所述出水堰与所述出水口连接；

所述出水堰用于使所述剩余混合液通过所述出水堰从所述出水口流出所述反应塔主体，以及，用于阻碍所述混合液中的气泡和鸟粪石颗粒从所述出水堰流出。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

支架，所述支架设置于反应塔主体底端，所述支架与所述进气管位于所述反应塔主体内的一端相连接，所述支架用于将所述进气管固定于所述反应塔主体的侧壁。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述反应塔主体的底端还开设有出料口，所述出料口用于输出鸟粪石晶体。

9.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述反应塔主体的反应段为圆柱形，所述反应段的高度是所述反应段的直径的3-5倍。

10.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电磁气体流量计，所述电磁气体流量计设置于所述进气管位于所述反应塔主体外的一侧，所述电磁气体流量计用于实时监测所述进气管的气体体积流量。

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