[发明专利]磷酸铵镁结晶法回收污水氮磷的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程水处理技术领域，尤其涉及一种磷酸铵镁结晶法回收污水氮磷的装置及其方法。

背景技术

由于氮磷是水体富营养化的重要诱因，污水的脱氮除磷是水处理的主要任务之一。然而，磷在自然界中单项循环造成磷资源日趋减少，全球磷矿资源将于本世纪中叶出现枯竭的状况，而我国磷矿资源已成为2010年不能满足国民经济发展需求的20种矿产之一。为满足日益严格的氮磷排放标准和资源可持续利用的要求，研发控制氮磷污染同时回收可利用资源的技术已成为污水处理技术领域的前沿课题。

当污水中存在NH₄⁺、Mg²⁺和PO₄^3-离子时，发生如下反应生成物MgNH₄PO₄·6H₂O即磷酸铵镁，简称为MAP，俗称鸟粪石，为白色晶体，是一种良好的缓释肥。磷酸铵镁(MAP)结晶法技术因其可以实现同时去除和回收污水氮磷的“双赢”目标，近年来倍受关注，发展前景广阔。

MAP结晶法回收污水氮磷的可行性已在多种污水处理中得到证实，如鞣革工业废水，消化上清液，污泥上清液，垃圾渗滤液及猪场废水等，但MAP回收效率和纯度仍有待提高。MAP沉淀过程影响因素很多，其中反应液pH和MAP三种构晶离子NH₄⁺、Mg²⁺和PO₄^3-的摩尔比例较为关键。pH主要影响反应液中包括MAP构晶离子在内各种离子的存在形态和活度。虽然各试验体系中研究得到的MAP最佳沉淀pH不同，但一般认为在pH值为9.0左右为宜^[1]。MAP结晶工艺中一般采用投加碱液提高结晶过程初始pH或者曝气的方法提高反应液pH值。然而，MAP结晶过程中有H⁺释放，反应液pH逐渐下降，对MAP结晶过程有抑制作用，关于解除这种抑制作用的研究未见报道。另外，MAP构晶离子浓度也是影响MAP沉淀的重要参数。MAP各组分摩尔比为Mg²⁺∶NH₄⁺∶PO₄^3-为1∶1∶1。研究表明，过量的氨利于稳定pH值，从而促进MAP沉淀^[2]。同时，为了减少废水其他离子的干扰，Mg²⁺∶PO₄^3-一般要求在1.3∶1以上^[3]。

在MAP结晶过程中，母晶体(MAP)作为晶种，可以缩短MAP晶体的成核时间，促进MAP在结晶期间的快速增长。实际应用中，一般选择细石英砂、氧化镁等矿物颗粒、晶体破碎后的颗粒作晶种，并采用湍流程度高、传质效果好的流化床作MAP回收反应器，以提高除磷效率和回收率。但流化床工艺回收MAP存在工艺复杂、能源消耗大、MAP回收纯度低等缺点。

本发明提出一种MAP结晶法回收氮磷的方法及装置，旨在简化MAP回收工艺，并提高回收产物中MAP的纯度。

参考文献

[1]霍守亮，席北斗，刘鸿亮，等.磷酸铵镁沉淀法去除与回收废水中氨氮的应用研究进展[J].化工进展.2007，26(3)：371-376.

[2]Stratful I，Scrimshaw M D，Lester J N.Conditions influencing the precipitationof magnesium ammonium phosphate[J].Water Res，2001，35(17)：4191-4199.

[3]Jaffer Y，Clark T A，Pearce P，et al.Potential phosphorus recovery by struviteformation[J].Water Res，2003，36：1834-1842.

发明内容

本发明目的是为克服MAP结晶过程pH下降对构晶离子活度的影响，提高结晶法回收污水氮磷产物中MAP纯度，提供一种磷酸铵镁结晶法回收污水氮磷的装置及其方法。