一种从养猪废水中回收高纯度磷酸铵镁的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于资源回收技术领域，特别涉及一种从废水中回收磷酸铵镁的方法。
【背景技术】
[0002]总所周知，磷是各种生物所必须的元素，同时也是造成水体富营养化的关键污染物之一。近年来，随着我国经济和人口快速增长，水环境问题正变得日益突出，尤其是水体富营养化问题，现已严重威胁到人类的生产生活和生态平衡。水体中的磷元素主要来自于生产和生活污水的排放，使得受纳水体磷含量超标，造成水体中各种藻类和微生物异常增长，使得水体发黑发臭和各种鱼类死亡。污水中的磷未经严格处理而直接排放，不仅使受纳水体面临严重污染威胁，同时也会造成磷这种有价资源极大的浪费。据文献报道，磷是现代生产生活所必须的元素，磷矿石的开采和提炼是目前人类获取磷元素主要途径，但如果按照人类现有磷矿石的消耗速度，在不采取任何可持续利用措施的情况下，世界上现有已探明的磷矿石储量将在100年内消耗殆尽。因此，从废水中回收磷对于水体污染的预防和磷矿资源的可持续发展将变得极有意义。
[0003]我国是猪肉消耗大国，生猪存栏量大，这就使得我国养猪废水排放量极大。养猪废水是一种含高浓度氨氮和磷的废水，磷浓度通常在数十毫克升到数百毫克升范围，而氨氮则达数百到上千毫克升。因此，这类废水对水体富营养化的影响极大，而从这类废水中回收氮、磷等有价资源，不仅可解决废水污染的问题，同时也可获得一定经济效益。以磷酸铵镁沉淀的形式回收磷和氨氮是近年来受到广泛关注的一种资源回收技术。磷酸铵镁俗称鸟粪石(Magnesium Ammonium Phosphate, MAP)，其最早于1939年由Rawn在利用消化污泥处理废水的研究过程中发现，其分子式为MgNH4PO4.6H20，是一种难溶的白色晶体物质。当溶液中Mg2+，NH/及 PO 43_离子浓度达到一定限值，并处于适宜pH值范围内时，MAP可按如下反应式发生自然结晶，从而达到回收废水中氨氮和磷的目的。
[0004]Mg2++NH4++HP0广+6H20 — MgNH4PO4.6H20 I +H+ (I)
[0005]该技术具有氮磷回收率高，反应迅速，沉淀分离效果好的优点。然而，由于养猪废水中缺乏镁离子，必须从外界补充一定量的镁离子才能使废水中氨氮和磷发生磷酸铵镁结晶反应。另外，从反应式(I)中可发现，要使该反应进行还必须加入碱来调节pH至适宜范围。目前，利用磷酸铵镁沉淀技术从养猪废水中回收氮磷主要是通过向废水中加入氯化镁和硫酸镁来现实，同时在反应期间还需加入氢氧化钠来调节溶液pH。该方法虽然可获得较高纯度的磷酸铵镁晶体，但在实践操作过程中存在许多问题:1)试剂加入过程很难实现自动化操作，2)在反应过程中需严格确定废水中磷的含量，以确保镁的投加量，3)反应过程中PH的调节极为繁琐，4)镁盐和氢氧化钠试剂用量大，增大人工操作成本。此外，为降低回收磷酸铵镁的成本，也有使用氧化镁、煅烧菱镁矿过程中产生的含镁副产物(主要成分为MgO)、天然菱镁矿物、海水纳滤浓缩液，含镁废水等作为镁源的技术报道。尽管使用这类含镁药剂可有效的降低磷酸铵镁回收成本，但回收的磷酸铵镁品质极低，基本难以作为产品应用到其他途径。
[0006]综合上述论述，目前针对磷酸铵镁沉淀回收养猪废水中氮磷的技术主要存在以下问题:
[0007]1.使用氯化镁和硫酸镁等镁盐作为沉淀剂回收养猪废水中氮磷，存在操作复杂，难以实现自动化处理，且处理成本较高。
[0008]2.采用氧化镁或其他含镁副产物作为镁源，不仅同样存在操作复杂和难以自动化处理的问题，同时还存在回收的磷酸铵镁品质低的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、磷回收率高的从养猪废水中回收高纯度磷酸铵镁的方法。
[0010]本发明的方法如下:
[0011]a、首先将养猪废水流入磷酸铵镁连续流反应池，该反应池内置一个自制空气曝气柱，该曝气柱由网孔径为0.5mm的塑料网制作而成，内填充镁金属小球和石墨颗粒，曝气柱底部为一空气扩散器，该空气扩散器与外部一台曝气栗相连，在养猪废水进入该反应池后，启动曝气栗进行曝气，同时启动内置在该反应池中的搅拌器，保持与进水流量相同的出水流量，控制该反应池水力停留时间为10?20min，保证废水pH为8.5?9。
[0012]所述镁金属小球为纯度在95%以上的金属单质小球，所述石墨颗粒为普通石墨小球，无具体纯度要求，镁金属球和石墨颗粒的粒径必须大于曝气柱网孔孔径2倍以上。
[0013]所述曝气柱填充的镁金属小球质量是根据连续流反应池中废水的体积来确定的，镁金属质量与废水体积比控制在4?6g/L，石墨颗粒是按与镁金属球质量比加入的，石墨与镁质量比为O?1:1。
[0014]所述曝气柱中的曝气量是根据金属球质量来确定的，反应过程中曝气量控制在
0.2 ?0.3L/g.min.
[0015]b、经步骤a处理后的废水从反应池连续自流至化学沉淀池，然后静置60?SOmin，上清液自流进入后续其他处理环节，生成的磷酸铵镁白色沉淀由化学沉淀池底部通过静压连续排出。
[0016]C、从化学沉淀池排出的磷酸铵镁沉淀经离心机脱水后，自然晾干即可得到高纯度的磷酸铵镁产品。
[0017]本发明的技术原理:
[0018]镁金属在废水中极易发生如下电化学腐蚀，而加入石墨颗粒则可加速这种电化学腐蚀效果。
[0019]Mg —Mg2++2e- (I)
[0020]H20+2e ^ — H 2+20H ^ (2)
[0021]空气曝气则可加速镁金属球表面产生的镁离子和氢氧根离子进入到废水体系当中。从上述反应式可以看出废水中溶液PH与镁离子浓度有密切相关，试验结果表明，根据上述操作方法和步骤，控制废水水力停留时间10?20min，则可保证废水pH在8.5?9范围，而该PH范围正好是磷酸铵镁结晶的最佳pH范围，此外在该条件下溶液中镁离子剩余浓度最低，这极大的降低了镁金属的消耗，减少了磷回收成本。
[0022]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0023]1、操作简单，不需要繁琐的加入镁盐和氢氧化钠，在一次加入足够镁金属球后，即可实现自动化回收磷酸铵镁，极大的减少了人员操作成本。
[0024]2、磷回收效率高，对养猪废水中的磷回收率可达97%以上。
[0025]3、回收的磷酸铵镁纯度高，回收的磷酸铵镁纯度可达95%以上，完全可作为农用化肥使用。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的流程简图。
【具体实施方式】
[0027]实施例1:
[0028]根据图1所示的从养猪废水中回收高纯度磷酸铵镁的方法流程图，先将氨氮和磷浓度分别为908mg/L和125mg/L的养猪废水，以102L/h的进水流量首先进入磷酸铵镁连续流反应池2 (反应器反应区容积为17L)，该反应池内置一个自制空气曝气柱3，该曝气柱由网孔径为0.5mm的塑料网制作而成，在曝气柱内分别加入68g纯度为96%、粒径为2?3mm的镁金属球(即4g/L)和68g粒径为1.5?2_的普通石墨小球，曝气柱底部为一空气扩散器，该空气扩散器与外部一台曝气栗I (日本SECOH曝气栗TK020