一种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法，将尿液置于密闭的搅拌装置中，加入污水处理厂经脱水后的剩余污泥，搅拌均匀并反应，反应后的尿液进入竖向分离装置，尿液从分离装置的顶部流出，沉淀在底部的污泥经回流泵送入密闭搅拌装置，调节尿液的pH，随后送入进入氮磷回收装置，投加镁盐和磷源，反应后的尿液流入沉淀装置，沉淀所得晶体即为磷酸铵镁，上清液直接排入市政污水管网，进入污水处理厂进行处理，本发明还提供了一种尿液中氮磷营养物质快速回收的装置，本发明向新鲜尿液中投加微生物，利用微生物代谢产生的尿酶间接催化尿素的分解，提高了尿液中氮磷元素回收效果，同时大幅降低了尿液中氮磷元素的回收成本。
【专利说明】一种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种尿液分离处理技术，特别涉及一种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法及装置。
【背景技术】
[0002]尿液中含有大量的氮磷等营养物质，刚排出人体的尿液中氮元素主要以尿素的形式存在，其含量为8000~10000mg/L ;磷元素主要以聚磷酸盐的形式存在，含量为700~2000mg/L。尿液是生活污水中氮磷等营养物质的主要来源。资料表明，厕所废水中大约88-98%的氮和65-71%的磷、生活污水中大约80%的氮和50%的磷来自于尿液。由于氮磷等营养物质是肥料的重要组份，将尿液中的营养物质加以回收利用，一方面可解决污水处理厂进水氮磷负荷高的问题，提高出水水质；另一方面，回收的产物可用作农业生产肥料，实现资源的循环利用。因此，对尿液进行单独收集处理、回收其中的氮、磷等营养元素对提高城市污水处理厂出水水质、减少氮磷向自然水体的排放以及降低水体富营养化发生的风险都具有重要意义，以此同时，会后的氮磷营养元素亦可创造一定的经济效益。
[0003]尿液中营养元素回收技术主要有三种:(I)单独回收磷，比如采用磷酸铵镁化学沉淀法对尿液中磷的回收；(2)单独回收氮，比如采用离子交换法回收了污水中的氨氮、采用异丁叉二脲(IBDU)单独回收尿液中尿素；(3)氮磷的同步回收，比如在尿素完全分解为氨氮的基础上采用磷酸铵镁沉淀法和其他方法结合同步回收氮磷，生成稳定的肥料磷酸铵镁(鸟粪石)，该方法可回收大约90%的氮和98%的磷。
[0004]以上三种方法中磷酸铵镁沉淀法同步回收氮磷是尿液中营养元素回收的最佳选择，但该方法的应用必须建立在尿液中尿素大量分解转化的基础之上。自然条件下，新鲜尿液中的聚磷酸盐可以很快的(I天内)分解成P043-;新鲜尿液密闭放置时，尿素转化为氨氮非常困难，即使放置时间长达20天，转化率一般小于25%。因此，如何加快尿液中尿素转化为氨氮的速率成为磷酸铵镁沉淀法同步回收氮磷的关键因素。傅金祥等人申请的专利(CN201010168444.8)方法是加入NaOH调节尿液的pH，随后加药、搅拌沉淀；董良飞等人申请的专利(CN201110037688.7)方法是将尿液收集后密闭静置较长时间，这些方法均可在一定程度上促进尿液中的尿素转化为氨氮，但在速率及效果上还有很大的缺陷，实际应用过程中效果不佳。有效促进尿素水解的方法是投加尿酶，研究资料表明，在尿酶含量为50mg/l的条件下,尿液中85%尿素可在8小时内转化为氨氮,但由于尿酶非常昂贵，限制了该方法的大规模应用。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法及装置，并在此基础上投加适量的镁源、磷源，应用磷酸铵镁沉淀法同步回收氮磷；由于自然界大多数微生物均能产生尿酶，因此，采用向新鲜尿液中投加微生物，利用微生物代谢产生的尿酶可以间接催化尿素的分解，提高了尿素分解效率，扩大了磷酸铵镁沉淀法应用，增强了尿液中氮磷元素回收效果，同时大幅降低了尿液中氮磷元素的回收成本；该方法操作简便，运行安全。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法，包括如下步骤:
[0008]步骤I，收集纯尿液，测定尿液中的总氮含量，并换算成摩尔量；
[0009]步骤2，将尿液置于密闭的搅拌装置中，在初次运行时以300g/L的投加量，向尿液中加入污水处理厂经脱水后的剩余污泥，搅拌装置正常运行后，每隔5~7天向反应器中补充污泥一次，无需持续投加；
[0010]步骤3，以120r/min转速，搅拌尿液使之与投加的剩余污泥均匀混合并反应，持续时间24h ；
[0011]步骤4,使反应后的尿液进入竖向分离装置,装置的停留时间为2h,尿液从分离装置的顶部流出，沉淀在底部的污泥经回流泵送入密闭搅拌装置；
[0012]步骤5，向分离的尿液中加入NaOH，将尿液的pH调节至10.5，随后送入氮磷回收装置，该装置设有搅拌器，转速200r/min，停留时间5min ；
[0013]步骤6，根据步骤I所测定尿液中的总氮含量，以MgCl2作为投加镁盐，NaH2PO4作为投加磷源，[Mg]:[N]:[P]的投加量按照摩尔比1.4:1:1计算，将以上两种药剂加入氮磷回收装置；
[0014]步骤7，经磷酸铵镁沉淀反应后的尿液流入沉淀装置，沉淀时间为2h，沉淀所得晶体即为磷酸铵镁，上清液直接排入市政污水管网，进入污水处理厂进行处理。
`[0015]所述污水处理厂经脱水后的剩余污泥的含水率小于80%。
[0016]本发明还提供了一种尿液中氮磷营养物质快速回收的装置，包括一个反应腔室，将反应腔室内依次隔离为尿素水解反应区2、污泥分离区5、pH调节区7和氮磷回收区8，其中尿素水解反应区2接尿液入口和活性污泥投加装置4的入口，尿素水解反应区2中布置有搅拌装置3，尿素水解反应区2的上部与污泥分离区5的下部通过导流管6连通，污泥分离区5的底部出口通过带有污泥回流泵16的回流管接至尿液入口，污泥分离区5的上部与pH调节区7的上部连通，pH调节区7底部与氮磷回收区8的顶部连通，氮磷回收区8和pH调节区7共用一个搅拌装置10，氮磷回收区8的底部与磷酸铵镁沉淀装置9连通，氮磷回收区8接MgCl2投加装置14和NaH2PO4投加装置15的。
[0017]所述pH调节区7设置有pH在线监测装置11，pH在线监测装置11的数据输出端接自动控制系统13的数据输入端，自动控制系统13的控制端接NaOH药剂投加装置12的出口电子阀。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0019]1、利用污水处理厂产生的剩余污泥作为尿素转化为氨氮的“催化剂”，以废治废且原料充足、成本低廉。
[0020]2、由于剩余污泥中的微生物活性具有持续性，通过分离装置底部污泥的适当回流，投加一次污泥，即可实现稳定、高效的催化效果，大幅度降低操作人员的劳动强度。
[0021]3、本发明的工艺流程紧凑，无杂质的进入，最终回收产物的纯度高，经济价值显著。
[0022]4、本方法处理后的尿液可直接排入市政污水管网，不会对污水处理厂生物处理工艺造成冲击，无二次污染问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0025]如图1所示，本发明一种尿液中氮磷营养物质快速回收的装置，包括一个反应腔室，腔室内依次隔离为尿素水解反应区2、污泥分离区5、pH调节区7和氮磷回收区8，尿素水解反应区2和污泥分离区5为水平并行结构，pH调节区7和氮磷回收区8为上下结构。PH调节区7设置有pH在线监测装置11，pH在线监测装置11的数据输出端接自动控制系统13的数据输入端，自动控制系统13的控制端接NaOH药剂投加装置12的出口电子阀。尿素水解反应区2接尿液入口和活性污泥投加装置4的入口，尿素水解反应区2中布置有搅拌装置3，尿素水解反应区2的上部与污泥分离区5的下部通过导流管6连通，污泥分离区5的底部出口通过带有污泥回流泵16的回流管接至尿液入口，污泥分离区5的上部与pH调节区7的上部连通，pH调节区7底部与氮磷回收区8的顶部连通，氮磷回收区8和pH调节区7共用一个搅拌装置10，氮磷回收区8的底部与磷酸铵镁沉淀装置9连通，氮磷回收区8接MgCl2投加装置14和NaH2PO4投加装置15的。
[0026]本发明快速回收尿液中氮磷营养物质快速回收的方法，包括如下步骤:
[0027]步骤I，收集纯尿液，测定尿液中的总氮含量，并换算成摩尔量，尿液入口处设置有流量计I，进行流量统计；
[0028] 步骤2，将尿液置于尿素水解反应区2中，启动搅拌装置3，在初次运行时以300g/L的投加量，向尿液中加入污水处理厂经脱水后的剩余污泥，污泥的含水率小于80%，搅拌装置正常运行后，每隔5~7天向反应器中补充一定量(50g/l)的污泥即可，无需持续投加；
[0029]步骤3，以120r/min转速，搅拌尿液使之与投加的剩余污泥均匀混合并反应，持续时间24h ；
[0030]步骤4，使反应后的尿液进入竖向分离装置即污泥分离区5，装置的停留时间为2h，尿液从分离装置的顶部流出，沉淀在底部的污泥经污泥回流泵16送入密闭搅拌装置即尿素水解反应区2 ；
[0031]步骤5，向分离的尿液中加入NaOH，将尿液的pH调节至10.5，可利用pH在线监测装置11实时监测pH值，通过自动控制系统13控制NaOH药剂投加装置12的投加量。
[0032]随后送入进入氮磷回收装置即氮磷回收区8，控制搅拌装置10的转速200r/min，停留时间5min ；
[0033]步骤6，根据步骤I所测定尿液中的总氮含量，以MgCl2作为投加镁盐，NaH2PO4作为投加磷源，[Mg]:[N]:[P]的投加量按照摩尔比1.4:1:1计算，将以上两种药剂加入氮磷回收装置；
[0034]步骤7，经磷酸铵镁沉淀反应后的尿液流入沉淀装置即磷酸铵镁沉淀装置9，沉淀时间为2h，沉淀所得晶体即为磷酸铵镁，纯度约为70% ;上清液可直接排入市政污水管网，进入污水处理厂进行处理。
【权利要求】
1.一种尿液中氮磷营养物质快速回收的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I，收集纯尿液，测定尿液中的总氮含量，并换算成摩尔量； 步骤2，将尿液置于密闭的搅拌装置中，在初次运行时以300g/L的投加量，向尿液中加入污水处理厂经脱水后的剩余污泥，搅拌装置正常运行后，每隔5~7天向反应器中补充污泥一次，无需持续投加； 步骤3，以120r/min转速，搅拌尿液使之与投加的剩余污泥均匀混合并反应，持续时间24h ； 步骤4，使反应后的尿液进入竖向分离装置，装置的停留时间为2h，尿液从分离装置的顶部流出，沉淀在底部的污泥经回流泵送入密闭搅拌装置； 步骤5，向分离的尿液中加入NaOH，将尿液的pH调节至10.5，随后送入氮磷回收装置，该装置设有搅拌器，转速200r/min，停留时间5min ； 步骤6，根据步骤I所测定尿液中的总氮含量，以MgCl2作为投加镁盐，NaH2PO4作为投加磷源，[Mg]: [N]: [P]的投加量按照摩尔比1.4:1:1计算，将以上两种药剂加入氮磷回收装置； 步骤7，经磷酸铵镁沉淀反应后的尿液流入沉淀装置，沉淀时间为2h，沉淀所得晶体即为磷酸铵镁，上清液直接排入市政污水管网，进入污水处理厂进行处理。
2.根据权利要求1所述的尿液中氮磷营养物质快速回收的方法，其特征在于，所述污水处理厂经脱水后的剩余污泥的含水率小于80%。
3.根据权利要求1所述的 尿液中氮磷营养物质快速回收的方法，其特征在于，定期补充污泥的量为50g/L。
4.一种尿液中氮磷营养物质快速回收的装置，包括一个反应腔室，其特征在于，将反应腔室内依次隔离为尿素水解反应区(2)、污泥分离区(5)、pH调节区(7)和氮磷回收区(8)，其中尿素水解反应区(2)接尿液入口和活性污泥投加装置(4)的入口，尿素水解反应区(2)中布置有搅拌装置(3)，尿素水解反应区(2)的上部与污泥分离区(5)的下部通过导流管(6)连通，污泥分离区(5)的底部出口通过带有污泥回流泵(16)的回流管接至尿液入口，污泥分离区(5)的上部与pH调节区(7)的上部连通，pH调节区(7)底部与氮磷回收区(8)的顶部连通，氮磷回收区(8)和pH调节区(7)共用一个搅拌装置(10)，氮磷回收区(8)的底部与磷酸铵镁沉淀装置(9)连通，氮磷回收区(8)接MgCl2投加装置(14)和NaH2PO4投加装置(15)的。
5.根据权利要求4所述尿液中氮磷营养物质快速回收的装置，其特征在于，所述pH调节区(7 )设置有pH在线监测装置(11)，pH在线监测装置(11)的数据输出端接自动控制系统(13)的数据输入端，自动控制系统(13)的控制端接NaOH药剂投加装置(12)的出口电子阀。
【文档编号】C02F9/14GK103482824SQ201310430232
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】金鹏康, 任武昂, 梁成岗, 王先宝, 金鑫 申请人:西安建筑科技大学