一種誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護和資源回收再利用技術(shù)及裝置，具體地說是一種誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器和固液分離裝置以及從污水中高效回收磷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮和磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的重要因子，由利比希(Liebig)最小因子定律可知:磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化藻類(Cici6H263OlltlN16P)生長的一個限制因子，許多國家對其排放濃度都有著嚴格限制。水體中磷的濃度達到0.015mg/L時，即會引起藻類快速增長，每向水體排放Ig磷會導(dǎo)致950g (干重)藻類的生長。藻類快速增長的直接后果就是加速水體老化進程，使水體失去原有的漁業(yè)、旅游業(yè)以及飲用水源的功能。近年來，我國主要湖泊(如巢湖、太湖和滇池)發(fā)生水體富營養(yǎng)化甚至赤潮的次數(shù)呈明顯趨勢，這些湖泊中80%以上的磷來自于污水排放，這些污水主要來自于城鎮(zhèn)生活污水(占43.4% )，畜牧業(yè)養(yǎng)殖污水(占20.5% )，肥料、醫(yī)藥及食品行業(yè)污水(占18.9% )和其它等綜合污水(占17.2% )。
[0003]此外，自然界中的磷主要以磷酸鹽和鳥糞層巖石等形式存在，經(jīng)人工開采或自然侵蝕后隨水徑流匯入大海沉積在深海的沉積層中，因此磷的生物化學(xué)循環(huán)與其它元素(如氮)完全不同，在生物圈中屬于單項流動且難以再生，屬于不可再生的稀缺資源。我國磷礦資源屬于瀕危礦產(chǎn)，被列為2010年后不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要的主要礦產(chǎn)之一。然而，城鎮(zhèn)生活污水、含磷復(fù)合肥生產(chǎn)廢水、有機磷農(nóng)藥生產(chǎn)廢水、磷礦開采、養(yǎng)殖廢水、屠宰廢水和肉食品加工廢水中含有“較豐富”的磷，回收再利用潛力巨大。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)對于從污水中回收磷的方法:
[0005](I)化學(xué)沉淀法:通過投加化學(xué)藥劑形成不溶性磷酸鹽沉淀物，然后通過固液分離從污水中去除該方法?；瘜W(xué)沉淀法主要有鈣鹽、鐵鹽、鋁鹽、磷酸銨鎂(MAP)沉淀法和羥基磷酸鈣(HAP)沉淀法，這種方法的缺點是回收的產(chǎn)品品質(zhì)差、含水率高且不能直接應(yīng)用于實際生產(chǎn)。此外，需要沉淀物脫水設(shè)備，增加了運行成本。
[0006](2)生物除磷法:該方法將污水中的磷以聚磷的形式富集在除磷微生物細胞內(nèi)，然后以沉淀污泥的形式回收磷，這種方法的缺點是沉淀污泥含水率高、且含有多種形式的重金屬化合物、難以資源化再利用。此外，該方法極易受到廢水中有毒物質(zhì)的影響，如有機磷農(nóng)藥廢水。
[0007](3)吸附法:該方法利用含有氨基等磷化合物吸附材料對污水中的磷進行吸附，但吸附材料吸附容量有限且再生困難，因此成本高、操作麻煩且容易造成二次污染。
[0008]中國專利公開號:CN101602535，介紹了“一種磷回收結(jié)晶反應(yīng)器及磷回收方法”，該方法采用磷酸銨鎂結(jié)晶法回收污水中的磷，將結(jié)晶反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)合在一起，盡管成本低、操作方便，但是磷回收效率低(50%?60% )，且出水渾濁度高。
[0009]迄今為止從污水中高效地回收磷且獲得好的回收產(chǎn)品仍然是一個難以解決的技術(shù)問題。
[0010]因此發(fā)明一種從污水中回收磷效果好、回收的產(chǎn)品品質(zhì)高、成本低、操作方便新方法對于環(huán)境保護(特別是水體富營養(yǎng)化的防控)、降低水處理成本、提高稀缺資源的循環(huán)再利用效率是水處理界十分重要的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 本發(fā)明的目的是提供一種從污水中回收磷效果好、回收的產(chǎn)品品質(zhì)高、成本低、操作方便的新方法。
[0012]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0013](I)向誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器7內(nèi)添加晶種13 ；
[0014](2)利用提升泵4將進水箱I中的含磷廢水泵入誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器中，利用泵6加入NaOH溶液3，調(diào)節(jié)pH彡8.5 ;
[0015](3)開啟曝氣機8，利用曝氣頭9進行鼓風(fēng)曝氣1.5L/min ；
[0016](4)利用泵5加入CaCl2溶液2到誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器內(nèi)；
[0017](5)當晶種及其附著的結(jié)晶產(chǎn)物流動到固液分離器15的緩沖區(qū)16位置時，速度瞬間下降，在重力的作用下又返回到誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器內(nèi)，從而實現(xiàn)固液分離；
[0018](6)去除磷后的污水通過出水區(qū)17進入出水箱19，出水中磷濃度滿足各行業(yè)排放標準；
[0019](7)當晶種吸附飽和時，停止曝氣，靜止沉淀30min，打開放空管口 20，放空溶液后拔掉插銷11、12，取出支撐板10，回收晶種及其附著的結(jié)晶產(chǎn)物。
[0020]步驟(I)所述晶種為方解石，粒徑0.15?0.30mm,投加量為40mg/L。
[0021]步驟⑵所述NaOH溶液濃度為，0.lmol/Lo
[0022]步驟(3)所述CaCl2S液根據(jù)Ca:P摩爾比為2.0確定。
[0023]本發(fā)明的要點是:
[0024](I)增加與HAP結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、吸附特性和化學(xué)組成相似的固相晶種方解石，可誘導(dǎo)晶核形成、加快晶體生長、縮短結(jié)晶時間，確保了誘導(dǎo)結(jié)晶回收磷的效果。當溶液中構(gòu)晶離子(Ca2+、0H_和PO/—)富集在晶種表面時，因晶種而使局部離子濃度增高(形成濃縮層)破壞了構(gòu)晶離子的亞穩(wěn)狀態(tài)使離子積大于濃度積而迅速產(chǎn)生結(jié)晶狀態(tài)。
[0025](2)在誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器側(cè)翼增加固液分離裝置，確保出水懸浮物濃度達標。此外，在固液分離裝置中設(shè)置緩沖區(qū)使液體流速瞬間降低，然后在重力作用下實現(xiàn)自動固液分離。
[0026]本發(fā)明的具體實施措施為:
[0027](I)向誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器內(nèi)投加粒徑0.15?0.30mm為方解石晶種，投加量為40mg/Lo方解石晶種的結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、吸附特性和化學(xué)組成與HAP相似，其作用是提供結(jié)晶載體，加快結(jié)晶反應(yīng)，提尚結(jié)晶效果。
[0028](2)含磷廢水進入誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器中，進行鼓風(fēng)曝氣攪拌，曝氣速率為1.5L/min。曝氣設(shè)備的主要作用有兩點:一是使晶種呈懸浮狀態(tài)，與污水中的構(gòu)晶離子充分接觸，誘導(dǎo)HAP結(jié)晶于晶種表面；二是曝氣吹脫污水中的C02，提高溶液的pH，可節(jié)約NaOH溶液的消耗量。
[0029](3)根據(jù)Ca:P摩爾比為2:1確定CaCl2溶液濃度，利用泵將CaCl 2溶液連續(xù)泵入誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器中，流量為0.5L/h。
[0030](4)晶種吸附飽和后，停止進水、停止曝氣，靜止沉淀30min，取出方解石晶種及其附著的結(jié)晶產(chǎn)物HAP。
[0031](5)固液分離裝置出水中磷濃度滿足各行業(yè)排放標準。此外，誘導(dǎo)結(jié)晶產(chǎn)物主要成分為HAP，可直接應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)產(chǎn)生。
[0032]本發(fā)明在誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器側(cè)翼增加固液分離裝置，依次設(shè)置:
[0033]進水部分:進水箱1、進水泵4 ；
[0034]加藥部分:CaCl2溶液儲備箱2、進CaCl 2溶液泵5 ；
[0035]酸度調(diào)節(jié)部分:NaOH溶液儲備箱3、進NaOH溶液泵6、pH測定儀14 ;
[0036]曝氣攪拌部分:曝氣機8、曝氣頭9 ；
[0037]誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)部分:誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器7、晶種13 ；
[0038]固液分離部分:固液分離裝置15、緩沖區(qū)16、出水區(qū)17、支架18、出水箱19 ；
[0039]晶體回收部分:支撐板10、插銷11、插銷12、放空管口 20 ；
[0040]其中，誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器7與固液分離裝置15相通，使得緩沖區(qū)16沉降下來的晶種13再次返回到誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器7中，繼續(xù)誘導(dǎo)HAP結(jié)晶。
[0041]本發(fā)明適用于城鎮(zhèn)生活污水、含磷復(fù)合肥生產(chǎn)污水、有機磷農(nóng)藥生產(chǎn)污水、磷礦開采、養(yǎng)殖污水、肉食品加工污水和綜合污水等，具有廣泛的應(yīng)用性。
[0042]本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有同類技術(shù)相比，其創(chuàng)造性在于以下幾點:
[0043]1、投加與結(jié)晶產(chǎn)物HAP結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、吸附特性和化學(xué)組成相類似的方解石作為晶種誘導(dǎo)HAP晶體快速生長，從而提高磷回收效果；
[0044]2、在誘導(dǎo)結(jié)晶反應(yīng)器側(cè)翼增加固液分離裝置，提高固液分離效果，從而提高出水水質(zhì)；
[0045]3、采用鼓風(fēng)曝氣裝置，既可以使晶種呈懸浮狀態(tài)使之與污水中的構(gòu)晶離子充分接觸，又可以吹脫污水中的CO2提高了污水pH，從而降低了藥劑使用量、節(jié)約了成本。
[0046]本發(fā)明與國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的不同點在于: