[发明专利]一种镁矿渣填料床磷回收系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程水处理与资源回收领域，具体是一种镁矿渣填料床磷回收系统及方法。

背景技术

全球50-60％的磷矿石用作磷肥生产，然而具有经济价值的磷矿将在2030年消耗殆尽，磷资源短缺的趋势不可逆转。随着欧美生物燃料需求增加，大规模的生物质植被的种植与生产将进一步加剧磷短缺。与此同时，环境水体中80％的磷来源于污水排放，以2000年统计数据为例，我国污水排放的磷占当年磷矿开采量的30％以上。未加有效处置的磷排放不仅导致环境系统不堪重负，还造成严重资源流失。

磷酸铵镁(MAP，MgNH₄PO₄.6H₂O)结晶法是当前最具前途的污水氮磷去除和回收工艺。研究表明，人畜尿液、猪场废水、污泥厌氧消化液、污泥浓缩液、半导体废水添加MgCl₂等液体镁源后，高浓度NH₄⁺、PO₄^3-极易与Mg²⁺结合成磷酸铵镁沉淀，NH₄⁺和PO₄^3-去除率通常达90％以上。经过富集提纯的磷酸铵镁结晶是一种极好的缓释肥，1kg/天磷酸铵镁可满足2.6ha耕地的磷肥需求，相当于年施磷肥40kgP₂O₅/ha。

公开号为CN101602535A中国专利公开了一种磷回收结晶反应器及磷回收方法，采用内外双筒结构，包括曝气吹脱区、结晶反应区、沉淀分离区、高浓度污泥区以及缓冲区，通过曝气吹托的方式提高厌氧畜禽废水出水pH值，创造条件生成磷酸铵镁并自由沉降分离。该发明适用于厌氧高浓度含磷畜禽废水；较低的废水自有镁源限制了磷酸铵镁高效生成；磷酸铵镁晶体自由沉降，富集和分离慢。为提高磷酸铵镁生成和回收效率，公开号为CN201506739U的中国专利公开了一种填料床MAP氮磷回收反应器，包括立式罐体、外加镁投加管、混合搅拌池、絮凝沉淀池及网状弹性填料等，通过投加液体镁试剂提高镁源供给，利用网状弹性填料滞留和富集MAP晶体，人工敲打分离附着在弹性网状填料表面的磷酸铵镁晶体。该实用新型使用化学药剂镁源如MgCl₂，增加了磷回收成本，易造成水体二次污染；依靠人工敲打弹性塑料网、自结晶等方式分离磷酸铵镁结晶，效率较低。此外，公开号为CN102773084A的中国专利公开了一种去除废水中含磷物质化学吸附材料的制备方法，通过菱镁矿磨成粉，酸洗碱浸后沉淀，在2.0MPa～3.0MPa，温度为90℃-100℃条件下与聚合有机物和发泡剂等生成含镁离子的吸附材料，经磷酸浸泡后放入填料塔，与铵离子反应生成磷酸铵镁，该发明需高温高压、程序繁琐、化学药剂特别是有机溶剂和强酸使用量大，合成的吸附材料适用处理单一高浓度含磷溶液(1800mg/L-2500mg/L)，难以应用于含磷污水(磷浓度一般不足1mg/L)的磷回收。

因此，目前磷酸铵镁结晶法回收污水中的磷仍然存在一些不足之处：①依赖Mg(OH)₂、MgCl₂.6H₂O、MgSO₄、MgO、MgCO₃等化学药剂作为镁源，增加了磷回收成本，还易造成水体二次污染；②依靠金属网、自结晶或投加晶种等方式分离磷酸铵镁结晶，效率较低；③通过调整pH值、水体氮磷摩尔比等条件优化磷酸铵镁结晶过程，精细化操作难度较高；④磷酸铵镁结晶回收磷适用于高浓度磷浓缩液，应用于一般磷污染污水相对困难。

发明内容

本发明提供一种镁矿渣填料床磷回收系统及方法，可以不必加入化学药剂，回收成本低，摆脱了磷酸铵镁结晶法回收磷对含镁药剂的依赖，不会引发二次化学污染和产生固体废物，富集的磷酸铵镁和磷吸附饱和镁矿渣颗粒能直接用作肥料，经济高效地从污水中回收磷。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种镁矿渣填料床磷回收系统，包括进水区及与所述进水区联通的反应器，所述反应器为内外双筒结构，内筒顶部开口，所述反应器包括位于内筒的结晶反应和捕集区、位于内筒下方的晶体分离区、晶体沉淀区及位于外筒上方的出水区，其中结晶反应和捕集区、晶体分离区和晶体沉淀区自上而下布置，进水区与所述结晶反应和捕集区通过可拆卸管道联通；结晶反应和捕集区内填充镁矿渣颗粒形成镁矿渣颗粒填料层，镁矿渣填料层底部设有筛网及振荡底座。