申請(qǐng)日2013.10.08
公開(公告)日2014.01.22
IPC分類號(hào)B01J19/18; C02F9/04; C05B17/00; B01D9/00
摘要
本發(fā)明公開了一種畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器及其應(yīng)用。磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器包括圓柱形混凝結(jié)晶器、漏斗式絮凝結(jié)晶器、圓柱形靜沉集泥器、渣水分離管和磷素成肥器;圓柱形混凝結(jié)晶器的側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)水管、加鎂管和pH調(diào)節(jié)加液管;圓柱形混凝結(jié)晶器的腔體內(nèi)設(shè)有pH檢測(cè)計(jì)、攪拌器和懸浮式雙堰潷水器，設(shè)于懸浮式雙堰潷水器底部的出水口與設(shè)置于圓柱形混凝結(jié)晶器側(cè)壁上的出水管相連接;圓柱形混凝結(jié)晶器與所述漏斗式絮凝結(jié)晶器的大開口端相連通，漏斗式絮凝結(jié)晶器的小開口端與圓柱形靜沉集泥器相連通;圓柱形靜沉集泥器與磷素成肥器通過(guò)渣水分離管相連通。本發(fā)明將磷結(jié)晶與磷成肥合二為一，簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)省運(yùn)行成本。
權(quán)利要求書
1.一種畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器，其特征在于：所述磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器 包括圓柱形混凝結(jié)晶器、漏斗式絮凝結(jié)晶器、圓柱形靜沉集泥器、渣水分離管和磷素 成肥器;
所述圓柱形混凝結(jié)晶器的側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)水管、加鎂管和pH調(diào)節(jié)加液管;所述圓 柱形混凝結(jié)晶器的腔體內(nèi)設(shè)有pH檢測(cè)計(jì)、攪拌器和懸浮式雙堰潷水器，所述懸浮式 雙堰潷水器包括外層溢流堰和和設(shè)于所述外層溢流堰腔體內(nèi)的內(nèi)層溢流堰，設(shè)于所述 懸浮式雙堰潷水器底部的出水口與設(shè)置于所述圓柱形混凝結(jié)晶器側(cè)壁上的出水管相連 接;
所述圓柱形混凝結(jié)晶器與所述漏斗式絮凝結(jié)晶器的大開口端相連通，所述漏斗式 絮凝結(jié)晶器的小開口端與所述圓柱形靜沉集泥器相連通;所述圓柱形靜沉集泥器與所 述磷素成肥器通過(guò)所述渣水分離管相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器，其特征在于：所述圓柱形混凝 結(jié)晶器的高徑比為4～6：1;
所述漏斗式絮凝結(jié)晶器的高度為所述圓柱形混凝結(jié)晶器高度的1/5～1/4;
所述漏斗式絮凝結(jié)晶器與所述圓柱形混凝結(jié)晶器之間呈100°～120°的夾角;
所述懸浮式雙堰潷水器的直徑與所述圓柱形混凝結(jié)晶器的直徑的比為1：3～4;
所述懸浮式雙堰潷水器的高徑比為0.5～1：1;
所述圓柱形靜沉集泥槽的直徑與所述圓柱形混凝結(jié)晶器的直徑的比為1：3～4;
所述圓柱形靜沉集泥槽的高徑比為1～3：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器，其特征在于：所述渣水分 離管為虹吸式渣水分離管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器，其特征在于：所述磷 素成肥器為螺旋式磷素成肥器;
所述螺旋式磷素成肥器的磷肥排出臂的水平傾角為30°～60°。
5.一種畜禽廢水中磷素的成肥方法，包括如下步驟：
(1)將畜禽廢水和鎂鹽溶液加入至權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述畜禽廢水磷素結(jié)晶 成肥反應(yīng)器中的圓柱形混凝結(jié)晶器中得到混合液，加入pH調(diào)控液調(diào)控所述混合液的 pH值為8.0～10.0;
(2)在所述攪拌器的攪拌作用下，所述混合液進(jìn)行混凝結(jié)晶反應(yīng)，得到廢水和 結(jié)晶污泥;所述廢水通過(guò)所述懸浮式雙堰潷水器排出所述圓柱形混凝結(jié)晶器，所述結(jié) 晶污泥從所述圓柱形混凝結(jié)晶器和所述漏斗式絮凝結(jié)晶器中沉降至所述圓柱形靜沉集 泥槽中;
(3)所述結(jié)晶污泥通過(guò)所述渣水分離管排入至所述磷素成肥器中，在所述磷素 成肥器中即得到成肥后的磷肥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成肥方法，其特征在于：步驟(1)中，所述畜禽廢水 中磷酸鹽的含量為200～500mg/L;
所述鎂鹽溶液中鎂離子與所述磷酸鹽中磷酸根的摩爾比為1～2：1;
所述pH調(diào)控液為鹽酸溶液或氫氧化鈉溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的成肥方法，其特征在于：步驟(1)中，所述鎂鹽 溶液用氯化鎂或硫酸鎂配制。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的成肥方法，其特征在于：步驟(2)中，所 述攪拌器的攪拌轉(zhuǎn)速為50～200r/min;
所述混凝結(jié)晶反應(yīng)的時(shí)間為1～3h，溫度為10～30℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的成肥方法，其特征在于：步驟(3)中，所 述渣水分離管的抽吸量為5～100L/min;
所述渣水分離管采用間歇式抽吸方式;
所述磷素成肥器中的擠壓葉輪轉(zhuǎn)速為5～20r/min;
所述磷素成肥器采用間歇式旋轉(zhuǎn)脫水方式。
10.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器在回收畜禽廢水中 磷素中的應(yīng)用。
說(shuō)明書
一種畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器及其應(yīng)用，屬于農(nóng)業(yè)資源環(huán)境技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)
我國(guó)規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，隨之而來(lái)的畜禽環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，特別是 畜禽廢水磷素的過(guò)量排放，已成為我國(guó)水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要影響因素之一。與此同時(shí)， 作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，磷在全球范圍內(nèi)存在嚴(yán)重的資源匱乏。近年，開發(fā)新 型資源環(huán)境技術(shù)，將磷污染治理與磷資源回收合二為一，成為研究與應(yīng)用的前沿內(nèi)容。
回收廢水磷素的方法主要有結(jié)晶法、吸附法、離子交換法、生物法等。吸附法存 在吸附容量小、性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn);離子交換法存在再生廢液量大、再生周期長(zhǎng)等缺 點(diǎn);生物攝磷法在微生物群落結(jié)構(gòu)探測(cè)、菌種純培養(yǎng)和馴化操控方面存在困難。
結(jié)晶法回收磷具有快速、高效、工藝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，其原理是結(jié)晶劑鎂鹽或鈣鹽與 畜禽廢水中的磷素結(jié)晶沉淀而回收，產(chǎn)物鳥糞石或羥基磷灰石是優(yōu)質(zhì)的肥料資源，該 技術(shù)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)是可持續(xù)發(fā)展新技術(shù)。但是，在實(shí)際推廣過(guò)程中，磷回收結(jié)晶 器的構(gòu)造設(shè)計(jì)與操作運(yùn)行對(duì)運(yùn)行工藝成本、磷回收效能、結(jié)晶磷渣水相分離、磷素成 肥率等因素具有顯著影響，成為該法推廣應(yīng)用的焦點(diǎn)問(wèn)題。
目前，國(guó)內(nèi)外大量磷回收多以序批式流化床形式反應(yīng)，存在工藝復(fù)雜，回收率低、 磷渣水相分離困難、回收磷成肥率低等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，專利CN101602535B公 開了一種磷回收結(jié)晶反應(yīng)器及磷回收方法，通過(guò)曝氣吹脫的方式提高pH值，把磷通 過(guò)磷酸銨鎂結(jié)晶的形式去除回收，工藝流程簡(jiǎn)單。但是，該反應(yīng)器及使用方法的磷回 收率僅有50～60%，磷回收效能有限。為了進(jìn)一步提高磷回收率，專利CN101935093B 公開了一種連續(xù)流反應(yīng)器，設(shè)計(jì)了漏斗式靜沉保護(hù)擋板、貼壁式斜板沉淀器等模塊單 元，有效避免紊流干擾，磷回收率達(dá)到95%，但是磷結(jié)晶產(chǎn)物的含水率較大，磷渣水 相分離困難，影響磷素回收成肥效率，增加運(yùn)行成本。因此，開發(fā)設(shè)計(jì)一種針對(duì)畜禽 廢水處理的磷素結(jié)晶成肥一體化反應(yīng)器，成為研究與應(yīng)用的重點(diǎn)，目前未見文獻(xiàn)報(bào)道 和專利公開。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器及其應(yīng)用，本發(fā)明畜禽廢 水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器能有效克服現(xiàn)有磷回收反應(yīng)器工藝復(fù)雜、磷回收率低、磷渣水 相難以分離、磷素成肥率低等問(wèn)題。
本發(fā)明所提供的一種畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器，包括圓柱形混凝結(jié)晶器、漏 斗式絮凝結(jié)晶器、圓柱形靜沉集泥器、渣水分離管和磷素成肥器;
所述圓柱形混凝結(jié)晶器的側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)水管、加鎂管和pH調(diào)節(jié)加液管;所述圓 柱形混凝結(jié)晶器的腔體內(nèi)設(shè)有pH檢測(cè)計(jì)、攪拌器和懸浮式雙堰潷水器，所述懸浮式 雙堰潷水器包括外層溢流堰和和設(shè)于所述外層溢流堰腔體內(nèi)的內(nèi)層溢流堰，設(shè)于所述 懸浮式雙堰潷水器底部的出水口與設(shè)置于所述圓柱形混凝結(jié)晶器側(cè)壁上的出水管相連 接;
所述圓柱形混凝結(jié)晶器與所述漏斗式絮凝結(jié)晶器的大開口端相連通，所述漏斗式 絮凝結(jié)晶器的小開口端與所述圓柱形靜沉集泥器相連通;所述圓柱形靜沉集泥器與所 述磷素成肥器通過(guò)所述渣水分離管相連通。
上述的畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器中，所述圓柱形混凝結(jié)晶器的高徑比可為 4～6：1;
所述漏斗式絮凝結(jié)晶器的高度可為所述圓柱形混凝結(jié)晶器高度的1/5～1/4;
所述漏斗式絮凝結(jié)晶器與所述圓柱形混凝結(jié)晶器之間呈100°～120°的夾角;
所述懸浮式雙堰潷水器的直徑與所述圓柱形混凝結(jié)晶器的直徑的比可為1：3～4;
所述懸浮式雙堰潷水器的高徑比可為0.5～1：1;
所述圓柱形靜沉集泥槽的直徑與所述圓柱形混凝結(jié)晶器的直徑的比可為1：3～4;
所述圓柱形靜沉集泥槽的高徑比可為1～3：1;
本發(fā)明采用的圓柱形混凝結(jié)晶器，其整體混凝效能優(yōu)于現(xiàn)有的正方形、長(zhǎng)方形等 其他形狀的結(jié)晶反應(yīng)器，其可以防止內(nèi)部紊流、短流等對(duì)反應(yīng)過(guò)程的干擾，有利于混 凝充分反應(yīng)，增加磷回收效能。
上述的畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器中，所述渣水分離管可為虹吸式渣水分離 管，所述虹吸式渣水分離管包括進(jìn)水閥、倒U形虹吸管和出口閥，利用虹吸原理排出 磷渣，實(shí)現(xiàn)磷渣與水相的高效分離，其效果優(yōu)于現(xiàn)有的下排式磷渣收集裝置，有效地 降低了磷渣的含水率，為后續(xù)磷素成肥提供了有利條件。
上述的畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器中，所述磷素成肥器可為螺旋式磷素成肥 器，所述螺旋式磷素成肥器包括內(nèi)置螺旋擠壓葉輪的水平螺旋擠壓管、出液管、磷肥 排出臂等，利用螺旋擠壓原理，可以進(jìn)一步高效濃縮磷素晶渣，脫除水分，實(shí)現(xiàn)高效 磷素成肥、資源回收利用，其效果優(yōu)于現(xiàn)有的晾曬、烘干等常規(guī)技術(shù)，且運(yùn)行周期短， 費(fèi)用低，工藝簡(jiǎn)便;
所述螺旋式磷素成肥器中的磷肥排出臂的水平傾角30°～60°。
本發(fā)明還提供了上述畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器在回收畜禽廢水中磷素中的 應(yīng)用。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種畜禽廢水中磷素的成肥方法，包括如下步驟：
(1)將畜禽廢水和鎂鹽溶液加入至上述畜禽廢水磷素結(jié)晶成肥反應(yīng)器中的圓柱 形混凝結(jié)晶器中得到混合液，加入pH調(diào)控液調(diào)控所述混合液的pH值為8.0～10.0;
(2)在所述攪拌器的攪拌作用下，所述混合液進(jìn)行混凝結(jié)晶反應(yīng)，得到廢水和 結(jié)晶污泥;所述廢水通過(guò)所述懸浮式雙堰潷水器排出所述圓柱形混凝結(jié)晶器，所述結(jié) 晶污泥從所述圓柱形混凝結(jié)晶器和所述漏斗式絮凝結(jié)晶器中沉降至所述圓柱形靜沉集 泥槽中;
(3)所述結(jié)晶污泥通過(guò)所述渣水分離管排入至所述磷素成肥器中，在所述磷素 成肥器中即得到成肥后的磷肥。
上述的成肥方法中，步驟(1)中，所述畜禽廢水中磷酸鹽的含量可為200～500mg/L， 具體可為200～300mg/、200～400mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L或500mg/L;
所述鎂鹽溶液中鎂離子與所述磷酸鹽中磷酸根的摩爾比可為1～2：1，具體可為 1～1.8：1、1～1.5：1、1～1.2：1、1：1、1.2：1、1.5：1、1.8：1或2：1;
所述pH調(diào)控液可為鹽酸溶液或氫氧化鈉溶液。
上述的成肥方法中，步驟(1)中，所述鎂鹽溶液可用氯化鎂或硫酸鎂進(jìn)行配制， 如采用含有氯化鎂或硫酸鎂的鹵鹽。
上述的成肥方法中，步驟(2)中，所述攪拌器的攪拌轉(zhuǎn)速可為50～200r/min;
所述混凝結(jié)晶反應(yīng)的時(shí)間可為1～3h，溫度可為10～30℃。
上述的成肥方法中，步驟(3)中，所述渣水分離管的抽吸量可為5～100L/min;
所述渣水分離管采用間歇式抽吸方式，如包括抽吸0.5～1h和停機(jī)1.5～2h的運(yùn)行 步驟;
所述磷素成肥器中的擠壓葉輪轉(zhuǎn)速可為5～20r/min;
所述磷素成肥器采用間歇式旋轉(zhuǎn)脫水方式，如包括旋轉(zhuǎn)脫水0.5～1h和空載1.5～2h 的運(yùn)行步驟。
本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明提供一種回收畜禽廢水磷素并直接結(jié)晶成肥的反應(yīng)裝置和操作方法， 將磷結(jié)晶與磷成肥合二為一，簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)省運(yùn)行成本。
(2)本發(fā)明中處理后廢水采用懸浮式雙堰潷水器排出，增強(qiáng)出水效果，提高磷 素結(jié)晶回收率，磷素回收率大于95%。
(3)本發(fā)明中結(jié)晶污泥采用虹吸式渣水分離管，有效提高磷渣水相分離效果， 經(jīng)過(guò)虹吸抽吸后的磷渣含水率小于30%。
(4)本發(fā)明中采用螺旋式磷素成肥器，有效脫除磷渣剩余水分，磷素成肥率大 于95%，有利于后續(xù)磷素肥料的回收利用。
