一种处理海水利用废水结晶除磷的装置和方法

摘要

本发明属于水处理工程技术领域，尤其涉及一种处理海水利用废水结晶除磷的装置和方法。本发明的技术方案为：一种处理海水利用废水结晶除磷的装置，包括柱状的结晶过滤器，所述结晶过滤器内有上部的过滤层和下部的承托层，结晶过滤器的下部连接有进水管，所述进水管的另一端分别与碱液罐和废水罐通过碱液管和废水管连接，所述结晶过滤器的底部与反冲洗水管连接，所述结晶过滤器的上部与出水管连接。具有处理效果好、工艺简单、不受温度限制等优点。

说明书

技术领域

本发明属于水处理工程技术领域，尤其涉及一种处理海水利用废水结晶除磷的装置和方法。

背景技术

我国水资源短缺的形势日益严峻，严重影响我国人民生活质量和经济的可持续发展。采用海水作为城市生活杂用水（主要用海水冲厕）是缓解沿海地区水资源紧缺状况的有效途径，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

海水利用的废水，比如：海水冲厕后废水，此类废水与普通的生活污水不同，海水利用废水主要特点是含有高盐度，NaCl浓度达到12000mg/L，含有大量的Mg²⁺，高氨氮和镁离子，磷浓度甚至高达100mg/L，目前大多数除磷方式存在回收再生困难、易造成二次污染等问题。生物除磷方法存在缺陷，海水的含盐量很高，必然会对原来的生化处理系统带来影响，使生化处理系统不能正常运行。淡水体系下的微生物（后生动物及更高级的微生物）耐盐性差，而在高渗透压下微生物体内水分子大量渗到体外，使细胞发生质壁分离，导致微生物死亡，去除磷的效率降低，也消耗大量的成本费用，生物活性运行稳定性较差，所以需解决海水利用废水对原来的生化处理系统带来的种种影响，所需投资费用很高。

磷酸铵镁（MAP又称“鸟粪石”）结晶除磷近年来在污泥处理上清液、高浓度养殖废水等高磷废水处理中应用较多，由于海水利用的废水的特殊性，目前技术中应用磷酸铵镁结晶法处理海水利用废水的工艺国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种处理海水利用废水结晶除磷的装置和方法，利用磷酸铵镁结晶法处理海水利用废水，具有处理效果好、工艺简单、不受温度限制等优点。海水利用废水中有大量的氨氮与镁离子，磷的最高浓度能达到100mg/L，满足磷酸铵镁结晶的基本物种条件，还可以提供镁源，同时解决了磷的去除和回收问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种处理海水利用废水结晶除磷的装置，包括柱状的结晶过滤器，所述结晶过滤器内有上部的过滤层和下部的承托层，结晶过滤器的下部连接有进水管，所述进水管的另一端分别与碱液罐和废水罐通过碱液管和废水管连接，所述结晶过滤器的底部与反冲洗水管连接，所述结晶过滤器的上部与出水管连接。

所述进水管上有取样口，取样口处有阀门I。

所述取样口左右两侧的进水管上分别有阀门Ⅱ和阀门Ⅲ。

   所述碱液管和废水管上分别有蠕动泵。

所述过滤层为钢渣基复合滤料。

0.5mol/L的NaOH溶液通过蠕动泵控制，步骤如下：根据此结晶过滤器的容积大小，水力停留时间1小时（60分钟），反映所需pH值（8.0-8.5）三个因素，将海水利用废水的蠕动泵转速设置为14rpm/min，据经验值调节NaOH的蠕动泵设置初始值为3rpm/min，但是此值仅为参考。将阀门1打开，阀门3关闭，阀门2打开，在取样口进行取样，考察此时溶液的pH值，若pH值大于8.5，则将NaOH的蠕动泵设置为2rpm/min，小于8.0，则NaOH的蠕动泵设置初始值为5rpm/min，具体情况再进行调节。

一种处理海水利用废水结晶除磷的方法，包括下列步骤：

1）海水利用废水预处理：加入碱液调节海水利用废水pH为8.0-8.5；

2）过滤结晶：在钢渣基复合滤料内水力停留时间为60mim，磷酸铵镁在钢渣基复合滤料周围形成磷酸铵镁晶体；

3）反冲洗：磷酸铵镁晶体随反冲洗水流出，部分溶解，形成含有磷酸铵镁的溶液；

4）过滤：磷酸铵镁溶液通过0.45μm的滤膜过滤风干，磷酸铵镁晶体会留在滤膜上，回收利用。

所述步骤1中的碱液为浓度为0.5mol/L的NaOH溶液。步骤4中的反冲洗水为自来水。

在海水利用废水中，含有大量的氨氮与镁离子，磷浓度甚至高达100mg/L，满足磷酸铵镁结晶反应的基本物种条件，还可以提供镁源。较低的pH会增大磷酸铵镁的溶解度，当pH达到9.5时，磷的去除率最高，达到99%以上，反应生成的沉淀为比较纯净的MAP；在pH>10之后，磷的去除率有所下降。这是因为虽然H⁺浓度不会直接影响鸟粪石的离子活度积平衡，但是pH会干扰NH₄⁺和PO₄^3-的活性。当滴加氢氧化钠溶液提高水样的pH值时，水样中溶解性的磷浓度逐渐降低，最终达到平衡。而且pH不仅影响MAP的生成量，也影响晶体的成分，所以，合适的pH对高盐条件下采用磷酸铵镁结晶除磷起着至关重要的作用，钢渣基复合滤料可以释放碱度，所以本发明中将海水利用废水的pH调节至8.0-8.5之间即可得到磷酸铵镁晶体，经过将结晶反应后的溶液通过0.45μm的滤膜过滤，并将结晶产物置于自然条件下风干，得到比较纯净的结晶产物。将结晶产物进行XRD表征，结果为磷酸铵镁晶体。

当进水经过钢渣基复合滤料过滤后，磷酸铵镁会经历过饱和态、 成核、晶体生长三个阶段，在晶种周围形成MAP晶体。用自来水从反冲洗水管进水，进行反冲洗。结晶反应后的溶液会在出水管流出，将此溶液通过0.45μm的滤膜过滤，并将结晶产物置于自然条件下风干，取适量干燥后的结晶产物利用XRD进行表征，根据XRD图谱中衍射峰的位置和强度确定结晶产物为磷酸铵镁结晶。

本发明的有益效果是：一种处理海水利用废水结晶除磷的装置，包括柱状的结晶过滤器，所述结晶过滤器内有上部的过滤层和下部的承托层，结晶过滤器的下部连接有进水管，所述进水管的另一端分别与碱液罐和废水罐通过碱液管和废水管连接，所述结晶过滤器的底部与反冲洗水管连接，所述结晶过滤器的上部与出水管连接。同时本发明还提供了一种处理海水利用废水结晶除磷的方法，有效去除海水利用废水中的氮磷，还充分利用了海水中的大量的镁离子，形成磷酸铵镁沉淀，广泛地应用于医药、化工、建筑等行业，而且它是一种很好的缓释肥料，达到变废为宝的目的；大大降低淡水资源的利用成本，特别是在海水冲厕和海产品加工废水等方面的应用。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图，

附图2为本发明实施例中干燥后的结晶产物的XRD图谱。

图中：1-结晶过滤器，2-出水管，3-过滤层，4-取样口，5-阀门I，6-承托层，7-反冲洗水管，8-阀门Ⅲ，9-进水管，10-阀门Ⅱ，11-废水管，12-蠕动泵，13-废水罐，14-碱液罐，15-碱液管。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

根据图1所示，一种处理海水利用废水结晶除磷的装置，包括柱状的结晶过滤器1，所述结晶过滤器1内有上部的过滤层3和下部的承托层6，结晶过滤器1的下部连接有进水管9，所述进水管9的另一端分别与碱液罐14和废水罐13通过碱液管15和废水管11连接，结晶过滤器1的底部与反冲洗水管7连接，结晶过滤器1的上部与出水管2连接。进水管9上有取样口4，取样口4处有阀门I5，取样口4左右两侧的进水管9上分别有阀门Ⅱ10和阀门Ⅲ8，碱液管15和废水管13上分别有蠕动泵12，过滤层3为钢渣基复合滤料。

一种处理海水利用废水结晶除磷的方法，包括下列步骤：

1）海水利用废水预处理：加入浓度为0.5mol/L的NaOH溶液调节海水利用废水pH为8.0-8.5；

2）过滤结晶：在钢渣基复合滤料内水力停留时间为60mim，磷酸铵镁在钢渣基复合滤料周围形成磷酸铵镁晶体；

3）反冲洗：磷酸铵镁晶体随反冲洗水流出，部分溶解，形成含有磷酸铵镁的溶液；

4）过滤：磷酸铵镁溶液通过0.45μm的滤膜过滤风干，磷酸铵镁晶体会留在滤膜上，回收利用。如附图2所示的干燥后的结晶产物的XRD图谱，确定结晶产物为磷酸铵镁结晶。