[发明专利]一种高浓度氮磷废水的连续流反应器及其处理废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮磷废水的处理装置及处理方法，具体为一种基于磷酸铵镁结晶原理回收废水中氮磷的连续流反应装置及其处理废水方法。

背景技术

近几年全世界人口的不断增长以及工业的迅猛发展使得环境污染问题越来越严重，大量含氮与磷工业及生活污水的排放促使水体富营养化情况日益加剧。目前，国家已经制定出相应的法律法规以及污水排放标准严格控制氮、磷的排放，对于水体中氮磷的控制已经引起广泛的关注。而且，目前世界上磷矿石的已知储量是有限的，有研究认为在未来60-70年间，世界上50％的磷源将被采尽。为了解决目前日益严峻的环境问题以及实现自然资源和社会经济的可持续发展，对营养元素氮、磷进行有效回收利用，实现资源再生已经成为当今最有前景和开发空间的技术拓展领域。

目前，工业及生活污水中的氮、磷元素多以NH₄⁺、PO₄^3-形式存在，这为氮、磷以磷酸铵镁(MAP)结晶方式回收提供技术条件。当向含高浓度氮、磷的废水中添加镁源，会发生如下反应：MAP是一种难溶于水的晶体，含有氮、磷两种营养元素，是良好的缓释化肥，相较目前使用的尿素等化肥，MAP具有重金属含量低、释放周期长、植物吸收效率高、成本投入低、对环境无二次污染等优点；目前国外已将MAP作为缓释肥成功推向市场商业化运作，产生良好的市场效益。因此，MAP结晶高效回收氮、磷已成为国内研究的热点方向。利用MAP结晶回收氮、磷目前已在日本、北美、欧洲等地广泛应用，并取得了良好的处理效果。该工艺常用于污水净化的预处理阶段和深度处理阶段，国外有学者研究利用流化床反应器或者球式反应器结合MAP结晶沉淀法处理牛奶厂废液厌氧消化出水、焦化废水、垃圾渗滤液、畜禽废水等，对氮、磷的回收率普遍在80％以上(霍守亮，席北斗，刘鸿亮，宋永会，何连生.磷酸铵镁沉淀法去除与回收废水中氮磷的应用研究进展.化工进展，2007，26(3)：4191-419)。大量研究表明，MAP结晶沉淀回收氮、磷的最佳pH值范围为9.0～10.7(邹安华，孙体昌，邢奕，等.pH对MAP沉淀法去除废水中氨氮的影响.环境科学动态，2005(4)：4-6)；尽管不同实验所采用的方法和检测手段各有差异，得到的MAP最佳沉淀pH值也不完全相同，但一般认为pH值为9.0左右为宜。MAP生成的各组分理论物质的量比n(Mg²⁺)∶n(NH₄⁺)∶n(PO₄^3-)应为1∶1∶1，但大量实验研究表明，MAP生成的各组分实际物质的量比控制在n(Mg²⁺)∶n(NH₄⁺)∶n(PO₄^3-)＝1.2～1.4∶1∶0.8～1时，氮、磷的去除率最理想；因此，Mg盐的用量和种类是MAP沉淀形成的关键因素，沉淀剂的选择要紧密结合实际工作中去除与回收氮或(和)磷的具体目的。

目前，国内大量工业废水都面临污染物浓度高，排放量大、处理困难等技术难题，国内外研究MAP结晶沉淀去除回收氮磷的反应器中试试验多以“上进下出”或“下进上出”的序批式流化床形式，这种设计方式具有很大的局限性，存在工艺过程复杂、废水处理量小、反应器紊流影响大、难以同时获得高的氮磷回收率、渣水分离困难、MAP回收纯度低等缺点。针对以上问题，国内外开始有学者探索利用连续式反应器回收氮磷，有文献报道了一种上端进水混凝，下端静沉排泥，中间添加挡板，并在挡板下沿开口出水的连续流反应器，该反应器虽然提高了废水处理量，但是产生的MAP结晶在反应器运行一段时间后易在出口处结垢，影响出水效果，并且受阻于废水快流速、多紊流等不利因素制约，反应效果仍不理想，甚至逊色于序批式反应器(J.A.Wilsenach et al.Phosphate and potassium recoveryfrom source separated urine through struvite precipitation.water research 41(2007)458-466)。将反应器混凝区与沉淀区相对独立、设计斜板沉淀区、废水流向改为“上进上出”的U型流向路线等改进方式目前国内外文献未见相关报道。现绝大多数相关研究均着眼于处理低浓度氮、磷废水，鲜见浓度大于200mg/L的高浓度废水处理报道。因此，开发设计一种高效稳定回收处理高浓度氮、磷废水的连续流反应器成为目前研究的重点。

发明内容