申請日2013.10.08
公開(公告)日2014.12.31
IPC分類號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晶成肥反應器及其應用。磷素結晶成肥反應器包括圓柱形混凝結晶器、漏斗式絮凝結晶器、圓柱形靜沉集泥槽、渣水分離管和磷素成肥器;圓柱形混凝結晶器的側壁上設有進水管、加鎂管和pH調(diào)節(jié)加液管;圓柱形混凝結晶器的腔體內(nèi)設有pH檢測計、攪拌器和懸浮式雙堰潷水器，設于懸浮式雙堰潷水器底部的出水口與設置于圓柱形混凝結晶器側壁上的出水管相連接;圓柱形混凝結晶器與所述漏斗式絮凝結晶器的大開口端相連通，漏斗式絮凝結晶器的小開口端與圓柱形靜沉集泥槽相連通;圓柱形靜沉集泥槽與磷素成肥器通過渣水分離管相連通。本發(fā)明將磷結晶與磷成肥合二為一，簡化工藝流程，節(jié)省運行成本。
權利要求書
1.一種畜禽廢水磷素結晶成肥反應器，其特征在于：所述磷素結晶成肥反應器 包括圓柱形混凝結晶器、漏斗式絮凝結晶器、圓柱形靜沉集泥槽、渣水分離管和磷素 成肥器;
所述圓柱形混凝結晶器的側壁上設有進水管、加鎂管和pH調(diào)節(jié)加液管;所述圓 柱形混凝結晶器的腔體內(nèi)設有pH檢測計、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設于所述外層溢流堰腔體內(nèi)的內(nèi)層溢流堰，設于所述懸 浮式雙堰潷水器底部的出水口與設置于所述圓柱形混凝結晶器側壁上的出水管相連接;
所述圓柱形混凝結晶器與所述漏斗式絮凝結晶器的大開口端相連通，所述漏斗式 絮凝結晶器的小開口端與所述圓柱形靜沉集泥槽相連通;所述圓柱形靜沉集泥槽與所 述磷素成肥器通過所述渣水分離管相連通;
所述渣水分離管為虹吸式渣水分離管;所述虹吸式渣水分離管包括進水閥、倒U 形虹吸管和出口閥;
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;所述螺旋式磷素成肥器的磷肥排出臂 的水平傾角為30°～60°。
2.根據(jù)權利要求1所述的磷素結晶成肥反應器，其特征在于：所述圓柱形混凝 結晶器的高徑比為4～6：1;
所述漏斗式絮凝結晶器的高度為所述圓柱形混凝結晶器高度的1/5～1/4;
所述漏斗式絮凝結晶器與所述圓柱形混凝結晶器之間呈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。
3.一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利要求1或2所述畜禽廢水磷素結晶成肥 反應器中的圓柱形混凝結晶器中得到混合液，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，所述混合液進行混凝結晶反應，得到廢水和 結晶污泥;所述廢水通過所述懸浮式雙堰潷水器排出所述圓柱形混凝結晶器，所述結 晶污泥從所述圓柱形混凝結晶器和所述漏斗式絮凝結晶器中沉降至所述圓柱形靜沉集 泥槽中;
(3)所述結晶污泥通過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。
4.根據(jù)權利要求3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。
5.根據(jù)權利要求3或4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。
6.根據(jù)權利要求5所述的成肥方法，其特征在于：步驟(2)中，所述攪拌器的 攪拌轉速為50～200r/min;
所述混凝結晶反應的時間為1～3h，溫度為10～30℃。
7.根據(jù)權利要求6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速為5～20r/min;
所述磷素成肥器采用間歇式旋轉脫水方式。
8.權利要求1或2所述畜禽廢水磷素結晶成肥反應器在回收畜禽廢水中磷素中 的應用。
說明書
一種畜禽廢水磷素結晶成肥反應器及其應用
技術領域
本發(fā)明涉及一種畜禽廢水磷素結晶成肥反應器及其應用，屬于農(nóng)業(yè)資源環(huán)境技術 領域。
背景技術
我國規(guī)�；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，隨之而來的畜禽環(huán)境問題日益凸顯，特別是 畜禽廢水磷素的過量排放，已成為我國水體富營養(yǎng)化的重要影響因素之一。與此同時， 作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必需的營養(yǎng)元素，磷在全球范圍內(nèi)存在嚴重的資源匱乏。近年，開發(fā)新 型資源環(huán)境技術，將磷污染治理與磷資源回收合二為一，成為研究與應用的前沿內(nèi)容。
回收廢水磷素的方法主要有結晶法、吸附法、離子交換法、生物法等。吸附法存 在吸附容量小、性質不穩(wěn)定等缺點;離子交換法存在再生廢液量大、再生周期長等缺 點;生物攝磷法在微生物群落結構探測、菌種純培養(yǎng)和馴化操控方面存在困難。
結晶法回收磷具有快速、高效、工藝簡便的特點，其原理是結晶劑鎂鹽或鈣鹽與 畜禽廢水中的磷素結晶沉淀而回收，產(chǎn)物鳥糞石或羥基磷灰石是優(yōu)質的肥料資源，該 技術被國內(nèi)外學者公認是可持續(xù)發(fā)展新技術。但是，在實際推廣過程中，磷回收結晶 器的構造設計與操作運行對運行工藝成本、磷回收效能、結晶磷渣水相分離、磷素成 肥率等因素具有顯著影響，成為該法推廣應用的焦點問題。
目前，國內(nèi)外大量磷回收多以序批式流化床形式反應，存在工藝復雜，回收率低、 磷渣水相分離困難、回收磷成肥率低等缺點。針對以上問題，專利CN101602535B公 開了一種磷回收結晶反應器及磷回收方法，通過曝氣吹脫的方式提高pH值，把磷通 過磷酸銨鎂結晶的形式去除回收，工藝流程簡單。但是，該反應器及使用方法的磷回 收率僅有50～60%，磷回收效能有限。為了進一步提高磷回收率，專利CN101935093B 公開了一種連續(xù)流反應器，設計了漏斗式靜沉保護擋板、貼壁式斜板沉淀器等模塊單 元，有效避免紊流干擾，磷回收率達到95%，但是磷結晶產(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，增加運行成本。因此，開發(fā)設計一種針對畜禽 廢水處理的磷素結晶成肥一體化反應器，成為研究與應用的重點，目前未見文獻報道 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晶成肥反應器及其應用，本發(fā)明畜禽廢 水磷素結晶成肥反應器能有效克服現(xiàn)有磷回收反應器工藝復雜、磷回收率低、磷渣水 相難以分離、磷素成肥率低等問題。
本發(fā)明所提供的一種畜禽廢水磷素結晶成肥反應器，包括圓柱形混凝結晶器、漏 斗式絮凝結晶器、圓柱形靜沉集泥槽、渣水分離管和磷素成肥器;
所述圓柱形混凝結晶器的側壁上設有進水管、加鎂管和pH調(diào)節(jié)加液管;所述圓 柱形混凝結晶器的腔體內(nèi)設有pH檢測計、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設于所述外層溢流堰腔體內(nèi)的內(nèi)層溢流堰，設于所述懸 浮式雙堰潷水器底部的出水口與設置于所述圓柱形混凝結晶器側壁上的出水管相連 接;
所述圓柱形混凝結晶器與所述漏斗式絮凝結晶器的大開口端相連通，所述漏斗式 絮凝結晶器的小開口端與所述圓柱形靜沉集泥槽相連通;所述圓柱形靜沉集泥槽與所 述磷素成肥器通過所述渣水分離管相連通。
上述的畜禽廢水磷素結晶成肥反應器中，所述圓柱形混凝結晶器的高徑比可為 4～6：1;
所述漏斗式絮凝結晶器的高度可為所述圓柱形混凝結晶器高度的1/5～1/4;
所述漏斗式絮凝結晶器與所述圓柱形混凝結晶器之間呈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晶器，其整體混凝效能優(yōu)于現(xiàn)有的正方形、長方形等 其他形狀的結晶反應器，其可以防止內(nèi)部紊流、短流等對反應過程的干擾，有利于混 凝充分反應，增加磷回收效能。
上述的畜禽廢水磷素結晶成肥反應器中，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水閥、倒U形虹吸管和出口閥，利用虹吸原理排出 磷渣，實現(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晶成肥反應器中，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，可以進一步高效濃縮磷素晶渣，脫除水分，實現(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，且運行周期短， 費用低，工藝簡便;
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晶成肥反應器在回收畜禽廢水中磷素中的 應用。
本發(fā)明進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晶成肥反應器中的圓柱 形混凝結晶器中得到混合液，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，所述混合液進行混凝結晶反應，得到廢水和 結晶污泥;所述廢水通過所述懸浮式雙堰潷水器排出所述圓柱形混凝結晶器，所述結 晶污泥從所述圓柱形混凝結晶器和所述漏斗式絮凝結晶器中沉降至所述圓柱形靜沉集 泥槽中;
(3)所述結晶污泥通過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速可為50～200r/min;
所述混凝結晶反應的時間可為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1.5～2h的運行 步驟;
所述磷素成肥器中的擠壓葉輪轉速可為5～20r/min;
所述磷素成肥器采用間歇式旋轉脫水方式，如包括旋轉脫水0.5～1h和空載1.5～2h 的運行步驟。
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晶成肥的反應裝置和操作方法， 將磷結晶與磷成肥合二為一，簡化工藝流程，節(jié)省運行成本。
(2)本發(fā)明中處理后廢水采用懸浮式雙堰潷水器排出，增強出水效果，提高磷 素結晶回收率，磷素回收率大于95%。
(3)本發(fā)明中結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。
