专利名称：一种回收尿液中氮、磷的方法
技术领域：
本发明属于生活污水源分离技术领域，涉及尿液处理及营养元素回收的一种化学方法，特指一种回收尿液中氮、磷的方法。
背景技术：
废水中的氮、磷是引起湖泊和封闭近岸海域富营养化现象的重要元素，但也是重要的工业和农业资源；因此，从不同的废水中去除和回收氮、磷，既可以达到保护环境的目的，又能做到能源回收利用，其相关的回收技术引起人们越来越多的重视；城市污水中的氮、磷浓度通常较低，直接从中回收比较困难而且也不经济；人类尿液中氮和磷分别占城市污水中氮、磷负荷的80%和50%左右，且人类尿液中的氮、磷浓度远高于一般城市污水，因此，在尿液排入下水道之前首先进行分离收集然后处理回用的技术(“源分离”技术)，一方面可以有效提高目前污水处理厂的出水水质，并节省能耗和投资；另一方面还可以实现营养物质的循环利用。对于分离尿液的处理方法目前的研究有硝化/反硝化技术，纳滤去除微污染物质技术，直接作为肥料应用，冰冻减量浓缩技术，酸化保存技术，吹脱技术以及鸟粪石结晶和氨吸附技术等；这些方法技术中，由于磷酸铵镁结晶技术(MAP，又称为鸟粪石)可以直接将废水中的氮、磷同时转化为可用的无机肥料而成为一种较有前景的处理方法，目前该工艺在各种高氨氮或含磷废水中得到广泛应用和研究，如糅革工业废水，厌氧消化上清液， 污泥上清液，垃圾渗滤液，还有养猪废水等，所有这些研究结果都表明该工艺能够有效去除和回收废水中的氨氮和磷；尽管Ban等已将该工艺应用于从分离尿液中回收氮、磷，并取得了预想的效果，但一方面他们都采用了新鲜尿液作为研究对象，而尿液中尿素在条件适合时短时间会分解导致尿液PH、氮、磷等浓度明显变化，另一方面，为避免反应过程中pH的调节，他们采用投加不便的固体MgO作为沉淀剂，因此影响了 MAP工艺的效率及应用。最近以 MAP沉淀法回收源分离尿液中氮、磷的研究，仅见哈尔滨工业大学赵庆良等发表了 “MAP结晶法回收和去除尿液中的磷” 一文(环境科学，2007. 10)，采用分解后稳定的分离尿液作为对象，分别就Mg :P摩尔比、反应pH值、反应时间、沉淀时间以及搅拌速度等因素对MAP沉淀结晶工艺的影响进行了试验，同时对所形成的产物进行了分析，以确定其主要成分和晶体类型；该研究以分解后的尿液为研究对象，以回收和去除磷为目标，采用MgCl2 ·6Η20溶液作为MAP结晶剂，对MAP结晶同步回收尿液中的磷和部分氮的影响因素Mg/P043_-P摩尔比、反应PH、反应时间、沉淀时间和搅拌速度等进行小试试验。结果表明，Mg/P043_-P摩尔比是重要的运行参数，当其摩尔比超过1. 3:1时，磷的回收率超过95%，上清液剩余Ρ043_-Ρ浓度小于10mg/L，而提高反应pH不能明显增加磷的回收率。
发明内容
新鲜的尿液是弱酸性的，pH约为6-7，主要成分有尿素、钙、镁、钾、钠、氨、磷酸盐、 碳酸盐、硫酸盐、氯化物、有机物质、细菌等；高浓度尿液的可生物降解性使细菌迅速的生长，结果使尿液在收集和贮存的过程中，化学成分发生重大的变化；由于尿液水解生成氨和二氧化碳，使PH迅速上升到9，水解稳定后的尿液中NH4 + -N浓度可达8000mg/L，P043—-P浓度可达200mg/L，N/P摩尔比大于50。因此，采用MAP沉淀法以回收磷为目标必然使得尿液中仍剩余大量氮，达不到污染控制及资源回收的整体要求。本发明针对上述问题，结合尿液N/P比相差较大的实际情况，通过添加磷酸盐和镁盐，并合理控制反应条件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉淀物的形式回收。首先，新鲜的尿液收集后应加盖贮存，根据季节及环境温度不同，约10天左右pH 可上升到9，贮存过程以pH监测为准，达到9以上即可进行回收氮、磷的操作；取样检测 NH4 + -N 和 P043—-P 浓度，按摩尔比 η (Mg) :n (P) :η (N) =1.3:1:1 投加 Na2HPO4 和 MgCl2,控制搅拌速度为lOOr/min，反应时间为lOmin，沉淀1小时后即可分离上清液得到MAP沉淀物。本发明根据尿液水解后所含NH4 + -N和P043—-P浓度，按一定摩尔比投加磷酸盐和镁盐，通过合理控制反应条件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉淀物的形式回收，和现有技术相比，不仅回收了磷，同时利用了尿液中富含的氮，使得氮、磷均大幅度降低，氮、磷回收
率高达95%左右。进一步研究发现，将新鲜的尿液稀释到2 3倍，并将PH值控制在9. 5^9. 8，可以进一步提高氮的回收效率，可达98%。
具体实施例方式实例
经微量稀释(稀释2倍)的IOL新鲜尿液贮存10天后，测定NH4+ -N含量为4350mg/ L、P0/—-P 含量 112mg/L, pH 为 9. 6，按摩尔比 η (Mg) :η(Ρ) :η(Ν) = 1· 3 :1 :1 投加 Na2HPO4 · 12H20和MgCl2 · 6H20各1099g和816g，控制搅拌速度为100r/min,反应时间为 lOmin，反应温度为15°C的条件下沉淀1小时后分离上清液得到MAP沉淀物，经测定上清液中剩余NH4+ -N约125mg/L、P043—-P约7mg/L，氮、磷回收率分别为98%和94%。
权利要求
1.一种回收尿液中氮、磷的方法，其特征在于将新鲜的尿液收集后加盖贮存，待尿液 PH值达到9以上即可进行回收氮、磷的操作；取样检测NH4+ -N和P043—-P浓度，按摩尔比 η (Mg) :η(Ρ) :η(Ν) = 1. 3 1 :1 投加 Na2HPO4 和 MgCl2，控制搅拌速度为 100r/min，反应时间为lOmin，沉淀1小时后即可分离上清液得到MAP沉淀物。
2.如权利要求1所述的一种回收尿液中氮、磷的方法，其特征在于将新鲜的尿液稀释到2 3倍，并将PH值控制在9. 5 9. 8。
全文摘要
本发明属于生活污水源分离技术领域，涉及尿液处理及营养元素回收的一种化学方法，特指一种回收尿液中氮、磷的方法。首先，新鲜的尿液收集后应自然加盖贮存，根据季节及环境温度不同，约10天左右pH可上升到9，贮存过程以pH监测为准，达到9以上即可进行回收氮、磷的操作；取样检测NH4＋-N和PO43―-P浓度，按摩尔比n(Mg)∶n(P)∶n(N)＝1.3∶1∶1投加Na2HPO4和MgCl2，控制搅拌速度为100r/min，反应时间为10min，沉淀1小时后即可分离上清液得到MAP沉淀物。本发明根据尿液水解后所含NH4＋-N和PO43―-P浓度，按一定摩尔比投加磷酸盐和镁盐，通过合理控制反应条件，使得氮、磷最大限度地以MAP沉淀物的形式回收，使得氮、磷均大幅度降低，氮、磷回收率高达95％左右。
文档编号C01B25/45GK102167434SQ201110037688
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者张凤娥, 涂保华, 董良飞, 蒋健钗 申请人:常州大学