CN105502866B - 一种从污泥中回收鸟粪石的方法及*** - Google Patents

一种从污泥中回收鸟粪石的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种从污泥中回收鸟粪石的方法和***，其能解决现有污泥处理过程中磷素大量存于固相中而无法充分释放和提取并导致磷资源的大量浪费的问题；首先在超声反应罐内对浓缩污泥边搅拌边进行超声处理，然后采用隔膜板框压滤机对经超声处理后的浓缩污泥进行固液分离处理，得到脱水泥饼和滤液，将脱水泥饼外运处置，过滤装置对滤液进行二次过滤得到二次滤液，在鸟粪石反应回收装置中按Mg:P摩尔比（1.3～1.5）：1的比例将二次滤液与镁源混合进行鸟粪石反应处理，鸟粪石反应处理时间控制在2小时，在鸟粪石反应处理过程中鸟粪石颗粒从二次滤液内沉淀析出，鸟粪石反应处理后收集析出的鸟粪石颗粒、二次滤液回流至污水处理厂进一步处理。

Description

一种从污泥中回收鸟粪石的方法及***
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体为一种从污泥中回收鸟粪石的方法及***。
背景技术
在基于活性污泥法技术体系的市政污水处理过程中，市政污水中约有80％TP最终会转移至剩余市政污泥中。目前板框压滤深度脱水作为重要的污泥减量化处理方式在行业内得到了广泛应用，但是由于污泥脱水滤液中磷浓度较高，如果将污泥脱水滤液直接回流则会导致污水处理厂内部返回负荷较高；另外，隔膜板框深度脱水前段多采用石灰类化学药剂对污泥进行调理，导致污泥中的磷素多存于污泥固相中，而不易转移至液相中，这就使得经隔膜板框深度脱水后的污泥中的有机磷得不到充分释放，而含磷脱水污泥的直接焚烧或填埋处置均会造成大量磷资源的浪费；并且由于隔膜板框深度脱水前段采用了化学药剂，导致污泥后续资源化利用相对困难，限制了出路；但是如果板框深度脱水前污泥不采用化学药剂调理，又会导致污泥脱水困难，无法进行有效的固液分离，最终导致泥饼不成形，影响污泥处理效果。因而如何从污泥中提取磷是目前污泥处理亟待解决的问题。
鸟粪石，主要化学成分为MgNH4PO4·6H2O，呈白色结晶细颗粒或粉末状，是一种高品味的磷矿石，也是一种极好的缓释肥，在自然界中鸟粪石储量极少且仍在快速下降。当溶液中含有Mg2+，NH4+，HnPO4 n-3且离子浓度积大于鸟粪石的溶度积常数时便会出现自发沉淀从而形成 MgNH4PO4·6H2O，反应方程式：
Mg2++PO4 3-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O
Mg2++HPO4 2-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O+H+
Mg2++H2PO4 3-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O+2H+。
因而目前在污水处理领域中出现了从污水溶液中提取鸟粪石的方法和回收反应装置，但是其多是针对含磷污水设计，采用连续流操作方式，反应器内连续上升的水流流速较高，极易造成细颗粒鸟粪石随出水大量流失，从而影响出水水质和磷回收效率，而为了保持充足的水力停留时间及保护鸟粪石生成及沉降效果，鸟粪石的回收反应装置内也多安装有搅拌装置，也就导致了回收反应装置的高度高、体积大，大大影响空间利用率、增加设备投资。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种从污泥中回收鸟粪石的方法，其能解决现有污泥处理过程中磷素大量存于固相中而无法充分释放和提取并导致磷资源的大量浪费的问题；为此，本发明还提供了从污泥中回收鸟粪石的***。
一种从污泥中回收鸟粪石的方法，其特征在于：首先在超声反应罐内对浓缩污泥边搅拌边进行超声处理，然后采用隔膜板框压滤机对经所述超声处理后的浓缩污泥进行固液分离处理，得到脱水泥饼和滤液，将所述脱水泥饼外运处置，过滤装置对所述滤液进行二次过滤得到二次滤液，在鸟粪石反应回收装置中按Mg:P摩尔比(1.3～1.5)：1的比例将二次滤液与镁源混合进行鸟粪石反应处理，所述鸟粪石反应处理时间控制在2小时，在所述鸟粪石反应处理过程中鸟粪石颗粒从所述二次滤液内沉淀析出，鸟粪石反应处理后收集析出的所述鸟粪石颗粒、二次滤液回流至污水处理厂进一步处理。
进一步的，所述超声处理的声能密度控制在0.2W/mL～0.5W/mL，超声时间为60～90分钟。
进一步的，采用隔膜板框压滤机对经所述超声处理后的浓缩污泥进行固液分离处理过程中，隔膜板框压滤机的进料压力控制在1.0Mpa，进料时间控制在1.5小时，压榨压力控制在 1.6MPa，压榨时间控制在1.0小时，卸泥过程保持在0.5小时。
进一步的，在所述二次过滤后，控制所述二次滤液内的悬浮物含量降至10mg/L以下。
进一步的，在进行鸟粪石反应回收时，对鸟粪石反应回收装置中的反应溶液进行同步的pH 值监测，控制反应溶液的PH值在7.5～8.5之间。
一种从污泥中回收鸟粪石的***，其特征在于：其包括
污泥浓缩池，用于污泥的浓缩收集；
污泥超声反应罐，用于对浓缩污泥进行超声处理，使得浓缩污泥破碎导致细胞破裂，促进细胞内水分及PO4 3-的释放；
隔膜板框压滤机，用于对经超声处理后的浓缩污泥进行固液分离，分离得固相泥饼和液相滤液；
过滤装置，用对液相滤液进行二次过滤，从而得到二次滤液；
鸟粪石反应回收装置，用于对所述二次滤液进行鸟粪石反应收集；
所述污泥浓缩池的出料口管道连接所述污泥超声反应罐的进料口，所述污泥超声反应罐的排料口管道连接所述隔膜板框压滤机的进料口，所述隔膜板框压滤机的滤液出口通过所述过渡装置管道连接所述鸟粪石反应回收装置的进液口，所述鸟粪石反应回收装置设有镁源添加口，所述鸟粪石反应回收装置的底部设置有排液口和排料闸阀。
进一步的，所述污泥超声反应罐内设置有超声发生装置和搅拌装置。
进一步的，所述鸟粪石反应回收装置包括罐体和外置的循环回流泵，所述罐体内设置有上部反应区与底部沉降区，所述底部沉降区呈倒锥形，所述上部反应区与底部沉降区之间设置有液体分布器，所述上部反应区内安装有反应器，所述镁源添加口、进液口分别通过管道连接入所述液体分布器，所述罐体的上部反应区设置有顶部循环液回流口和底部循环液进口，所述循环回流泵与所述顶部循环液回流口、底部循环液进口分别通过循环管路连接，所述底部循环液进口管路连接入所述液体分布器。
进一步的，所述反应器包括中空的不锈钢反应衬筒，所述不锈铜反应衬筒内填充有不锈钢网。
进一步的，所述不锈钢反应衬筒的顶部、底部分别设置有挡流板。
进一步的，所述鸟粪石回收装置的罐体还分别连接酸液箱、碱液箱，并且所述罐体上安装有pH 值在线检测装置，所述pH 值在线检测装置用于实时检测所述罐体内反应的二次滤液和镁源的反应溶液的pH 值，所述酸液箱、碱液箱根据所述pH 值在线检测装置检测出的反应溶液的pH 值向所述罐体内投放酸液或碱液从而调节反应溶液的pH 值在7.5～8.5之间。
进一步的，所述鸟粪石回收装置还设置有PLC控制***，分别设置于所述镁源添加口、进液口、排液口、酸液箱、碱液箱的控制阀门以及排料闸阀、循环回流泵、PH值在线检测装置均分别与所述PLC控制***电控连接。
本发明一种从污泥中回收鸟粪石的方法及***的有益效果在于：其先对浓缩污泥进行超声处理使得浓缩污泥破碎导致细胞破裂，从而促进细胞内水分及PO4 3-释放至液相内，再通过隔膜板框压滤机进行固液分离，再向固液分离后得到的二次滤液中添加镁源进行鸟粪石反应处理从而得到鸟粪石颗粒，从而有效减少污泥脱水滤液内的磷浓度，减小污水处理厂的污泥脱水滤液返回负荷；而通过对污泥的超声处理，促进污泥中的固态TP大部分以PO4 3-形态转移至液相中，有效提高了污泥固液分离后污泥脱水滤液内的磷含量，为后续从污泥脱水滤液内提高鸟粪石提取回收率创造了有利条件；并且，在进行隔膜板框压滤处理之前的超声处理中不需要添加任何化学调理药剂，超声处理能够使污泥内细胞水分释放从而使污泥自由水比例增加，降低了后继隔膜板框压滤机对污泥的脱水难度，并且有利于获得更低含水率的泥饼，充分实现污泥减量化。
另外，本发明中***中的鸟粪石反应回收装置采用了外置的循环回流泵对二次过滤后的污泥脱水滤液与镁源进行闭环强制循环反应，因而其在反应处理过程中不会造成析出的鸟粪石细颗粒随出水流失，保证滤液的出水水质与鸟粪石回收效果；并且由于采用了闭环强制循环反应的方式，因而能够配合隔膜板框压滤面的工作周期并实现鸟粪石回收的序批式操作，同时其内部通过液体分布器和反应器来实现循环反应溶液的水流搅拌而不再需要设置搅拌器，也就能有效减小罐体的容积并减小占地面积，节约了基建与设备投资。
附图说明
图1为本发明一种从污泥中回收鸟粪石的***构成示意图；
图2为本发明中鸟粪石反应回收装置的结构示意图。
附图中，10为污泥浓缩池，11为出料口，20为污泥超声反应罐，21为进料口，22为排料口，23为超声发生装置，24为搅拌装置，30为隔膜板框压滤机，31为进料口，32为滤液出口，33为泥饼排料端，40鸟粪石反应回收装置，41为进液口，42为镁源添加口，43为排液口，44为排料闸阀，45为罐体，451为上部反应区，4511为顶部循环液回流口，4512为底部循环液进口，452为底部沉降区，453为溢流口，46为循环回流泵，47为液体分布器， 48为反应器，481为不锈钢反应衬筒，482为不锈钢网，483为挡流板，484为挡流板，49为pH 值在线检测装置，50为过滤装置，60为酸液箱，70为碱性箱。
具体实施方式
见图1，本发明的一种从污泥中回收鸟粪石的***，其包括
污泥浓缩池10，用于污泥的浓缩收集；
污泥超声反应罐20，用于对浓缩污泥进行超声处理，使得浓缩污泥破碎导致细胞破裂，促进细胞内水分及PO4 3-的释放，污泥超声反应罐20内设置有超声发生装置23和搅拌装置24；
隔膜板框压滤机30，用于对经超声处理后的浓缩污泥进行固液分离，分离得固相泥饼和液相滤液；
过滤装置50，用对液相滤液进行二次过滤，从而得到二次滤液；
鸟粪石反应回收装置40，用于对所述液相滤液进行鸟粪石反应收集；
其中污泥浓缩池10的出料口11管道连接污泥超声反应罐20的进料口21，污泥超声反应罐20的排料口22管道连接隔膜板框压滤机30的进料口31，隔膜板框压滤机30的滤液出口32通过过滤装置50与鸟粪石反应回收装置40的进液口41连接，鸟粪石反应回收装置40设有镁源添加口42，鸟粪石反应回收装置40的底部设置有排液口43和排料闸阀44。
见图2，鸟粪石反应回收装置40包括罐体45和外置的循环回流泵46，罐体45内设置有上部反应区451与底部沉降区452，底部沉降区452呈倒锥形，上部反应区451与底部沉降区452之间设置有液体分布器47，上部反应区451内安装有反应器48，镁源添加口42、进液口41分别通过管道连接入液体分布器47，罐体45的上部反应区451设置有顶部循环液回流口4511和底部循环液进口4512，循环回流泵46与顶部循环液回流口4511、底部循环液进口4512分别管路连接，底部循环液进口4512管路连接入液体分布器47；反应器48包括中空的不锈钢反应衬筒481，不锈铜反应衬筒481内填充有不锈钢网482；不锈钢反应衬筒481 的顶部、底部分别设置有挡流板483、484。
鸟粪石回收装置40的罐体45还分别连接酸液箱60、碱液箱70，并且罐体45上安装有pH 值在线检测装置49，pH 值在线检测装置49用于实时检测罐体45内反应的二次滤液和镁源的反应溶液的pH 值，酸液箱60、碱液箱70根据pH 值在线检测装置49检测出的反应溶液的pH 值向罐体45内投放酸液或碱液从而调节反应溶液的pH 值在7.5～8.5之间。
鸟粪石回收装置40还设置有PLC控制***，用于对整个鸟粪回收装置40的自动化运行进行控制，分别设置于镁源添加口42、进液口41、排液口43、酸液箱60、碱液箱70的控制阀门以及排料闸阀44、循环回流泵46、PH值在线检测装置49均分别与PLC控制***电控连接。
下面结合附图，具体描述一下采用本发明***从污泥中回收鸟粪石的方法：
实施例一：
污泥浓缩池10中含水率为97％的浓缩污泥通过出料口11由进料口21泵入超声反应罐20 中，开启超声发生装置23和搅拌装置24对进入超声反应罐20内的浓缩污泥进行超声处理，超声发生装置23的超声功率设置为0.4W/mL，超声处理时间60分钟；
将经超声处理的浓缩污泥从排料口22排出超声反应罐20并通过进料口31泵入隔膜板框夺压滤机30内进行固液分离处理，控制进料压力为1.0Mpa、进料时间为1.5小时，压榨压力控制在1.6Mpa、压榨时间1.0小时，经压滤脱水处理后污泥中的固相主要以含水率为55％左右的泥饼形式从泥饼排料端33卸下并外运进行后续资源化处理，含有从浓缩污泥中释放出来的PO4 3-的滤液经滤液出口32排出，其中脱水泥饼的卸料时间控制在0.5小时。
从滤液出口32排出的滤液经过二次过滤装置进行二次过滤得到二次滤液，控制二次滤液的悬浮物含量＜10mg/L；
二次滤液由进液口41泵入鸟粪石反应回收装置40的罐体45内至设定液位后PLC控制***控制关闭进液口41的阀门，停止进液，然后PLC控制***控制循环回流泵46开启，循环回流泵46从顶部循环液回流口4511吸入滤液，再由底部循环液进口5412进入液体分布器47，经液体分布器47上升流经不锈钢反应衬筒481内的不锈钢网482，按Mg:P摩尔比1.4：1的比例由镁源添加口42向罐体内添加镁源并且通过液体分布器47布入不锈钢反应衬筒481内的不锈钢网482内，本实施例中添加的镁源为MgCl2，反应装置连接有PH值在线监测仪，控制pH范围在7.5-8.5，回流滤液、添加的镁源在液体分布器47与挡流板483、484作用下形成循环上升的扰动水流，扰动水流流经不锈钢网482，在紊流扰动、碰撞的作用下鸟粪石微晶开始生成，然后回流滤液中的微晶又可作为晶种加速鸟粪石晶体颗粒的加大，随着反应的进行，鸟粪石大颗粒沉降至底部沉降区452，整体鸟粪石反应时间控制在2小时，在整个反应过程中PH值在线检测装置49对罐体45内的反应溶液进行实时的pH 值检测，PLC控制***根据接收到的pH 值检测结果控制酸液箱60、碱液箱70向罐体45内投放酸液或碱液从而实现对罐体45内的反应溶液的pH 值进行调节以使得pH 值在7.5～8.5的控制范围内，反应结束后PLC控制***控制排液口43的阀门打开排空滤液，滤液回流至污水厂进一步处理，并控制开启底部的排料闸阀44，获取鸟粪石产品。
本发明***的鸟粪石反应回收装置还具有清洗功能，通常每隔30天，排空整个鸟粪石反应装置，通过进液口41由液体分布器47向罐体内注入清水洗液，启动循环回流泵46，根据 pH检测结果由酸液箱60泵入酸液，循环30～60分钟，由罐体45底部排料闸阀44排除用于清洗的稀酸液直至无明显污浊物时停止操作；酸液比例及浓度可根据管壁上的结垢厚度进行针对性的调整。清洗固定时间1h或pH值趋于一定范围内，认为清洗结束，循环清洗装置停止工作，稀酸由回流***抽空，再次进行清水清洗，完成清洗过程。
实施例二与实施例一的不同，在于超声发生装置23的超声功率设置为0.2W/mL，超声处理时间75分钟，鸟粪石反应回收过程中按Mg:P摩尔比1.5：1的比例添加MgCl2并且通过液体分布器47布入不锈钢反应衬筒481内的不锈钢网482内。
实施三与实施例一、二的不同在于，超声发生装置23的超声功率设置为0.5W/mL，超声处理时间90分钟，鸟粪石反应回收过程中按Mg:P摩尔比1.3：1的比例添加MgCl2并且通过液体分布器47布入不锈钢反应衬筒481内的不锈钢网482内。

Claims (3)

1.一种从污泥中回收鸟粪石的***，其特征在于：其包括
污泥浓缩池，用于污泥的浓缩收集；
污泥超声反应罐，用于对浓缩污泥进行超声处理，使得浓缩污泥破碎导致细胞破裂，促进细胞内水分及PO4 3-的释放；
隔膜板框压滤机，用于对经超声处理后的浓缩污泥进行固液分离，分离得固相泥饼和液相滤液；
过滤装置，用对液相滤液进行二次过滤，从而得到二次滤液；
鸟粪石反应回收装置，用于对所述二次滤液进行鸟粪石反应收集；
所述污泥浓缩池的出料口管道连接所述污泥超声反应罐的进料口，所述污泥超声反应罐的排料口管道连接所述隔膜板框压滤机的进料口，所述隔膜板框压滤机的滤液出口通过所述过滤装置连接所述鸟粪石反应回收装置的进液口，所述鸟粪石反应回收装置设有镁源添加口，所述鸟粪石反应回收装置的底部设置有排液口和排料闸阀；所述污泥超声反应罐内设置有超声发生装置和搅拌装置；
所述鸟粪石反应回收装置包括罐体和外置的循环回流泵，所述罐体内设置有上部反应区与底部沉降区，所述底部沉降区呈倒锥形，所述上部反应区与底部沉降区之间设置有液体分布器，所述上部反应区内安装有反应器，所述镁源添加口、进液口分别通过管道连接入所述液体分布器，所述罐体的上部反应区设置有顶部循环液回流口和底部循环液进口，所述循环回流泵与所述顶部循环液回流口、底部循环液进口分别管路连接，所述底部循环液进口管路连接入所述液体分布器；
所述反应器包括中空的不锈钢反应衬筒，所述不锈铜反应衬筒内填充有不锈钢网，所述不锈钢反应衬筒的顶部、底部分别设置有挡流板。
2.根据权利要求1所述的一种从污泥中回收鸟粪石的***，其特征在于：所述鸟粪石回收装置的罐体还分别连接酸液箱、碱液箱，并且所述罐体上安装有pH 值在线检测装置，所述pH 值在线检测装置用于实时检测所述罐体内反应的二次滤液和镁源的反应溶液的pH值，所述酸液箱、碱液箱根据所述pH 值在线检测装置检测出的反应溶液的pH 值向所述罐体内投放酸液或碱液从而调节反应溶液的pH 值在7.5～8.5之间。
3.根据权利要求2所述的一种从污泥中回收鸟粪石的***，其特征在于：所述鸟粪石回收装置还设置有PLC控制***，分别设置于所述镁源添加口、进液口、排液口、酸液箱、碱液箱的控制阀门以及排料闸阀、循环回流泵、pH 值在线检测装置均分别与所述PLC控制***电控连接。
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