一种从废水中回收氮磷资源并利用的方法

本发明属于废水资源化利用，具体涉及一种从废水中回收氮磷资源并利用的方法。

背景技术：

1、氮磷是导致水体富营养化的元凶，过量的氮磷排入水体造成水质恶化和水生态系统失衡。另一方面，氮磷是重要的工农业原料，用量巨大。从废水中回收氮磷具备经济和环境双重效益。目前，废水同步回收氮磷的方法主要有吸附法和结晶法，两种方法均以鸟粪石作为反应媒介，可从低浓度和高浓度氮磷废水同步去除及回收氮磷。然而，现阶段鸟粪石技术药剂成本较高，而生成的鸟粪石产品价值较低，仅能作为肥料添加剂或工业原材料，导致以鸟粪石为最终产品的氮磷回收技术常因经济性不佳而难以推广，本领域技术人员需要考虑氮磷产品的定向增值。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种从废水中回收氮磷资源并利用的方法，包括以下步骤：

2、s1：将废水进行浓缩，以提高废水中氨氮的浓度，便于后续反应；

3、s2：将含有氨氮的浓缩液加入反应釜中，再加入磷盐和亚铁盐，进行结晶反应，生成复盐磷酸亚铁铵；

4、s3：将磷酸亚铁铵加入热解炉内，在氧气氛围下进行热解，得到磷酸铁；

5、s4：收集热解炉排出的氨气，再用酸液吸收，制成液态氮肥。

6、本发明使用磷盐和亚铁盐与废水反应，同步去除氮磷，生成难溶复盐磷酸亚铁铵，再在氧化环境中定向热解，将磷酸亚铁铵转变为磷酸铁，从而回收磷；热解产生的氨气采用酸液吸收以回收氮，吸收效率高，从而实现氮磷同步去除和高价值回收。

7、可选的，步骤s1中，采用两级电渗析的方法对废水进行浓缩，具体包括以下步骤：

8、(1)原料废水输入一级电渗析装置内，进行电渗析，收集一级电渗析装置的浓水室产生的浓缩废水，淡水室产生的淡水作为回用水利用；

9、(2)步骤(1)产生的浓缩废水输入二级电渗析装置内，进行电渗析，降低浓缩废水的硬度，得到所述含有氨氮的浓缩液。

10、所述一级电渗析装置为常规电渗析装置，即阴极板与阳极板之间设置若干离子交换膜，且阳离子交换膜与阴离子交换膜交替设置，形成交替的浓水室与淡水室。

11、所述二级电渗析装置内依次设置阴极板、阳离子交换膜和阳极板，浓缩废水中的二价阳离子(钙离子、镁离子)进入到阳离子交换膜与阴极板之间的腔室，降低硬度的浓缩废水留在阳离子交换膜与阳极板之间的腔室，所述含有氨氮的浓缩液的氨氮浓度不小于5.6g/l。

12、可选的，步骤s2中，所述磷盐选自磷酸氢盐或磷酸二氢盐，亚铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁。

13、可选的，步骤s2的反应釜中，铁、磷、氮的摩尔比为(1-2):(1-2):1，采用naoh或koh将反应液的ph值控制在8.0-10.0之间，在60-80℃下反应0.5-2.0h，搅拌速率控制在60-120rpm。

14、进一步可选的，步骤s2中，含有氨氮的浓缩液中，腐殖酸的浓度为300-500mg/l，cl-的浓度为700-1000mg/l，co32-的浓度为50-70mg/l。

15、本发明人意料不到地发现，经过两级电渗析得到的含有氨氮的浓缩液中含有腐殖酸和cl-、co32-，这些离子能够提高反应效果，降低步骤s2的反应温度，而腐殖酸能在步骤s3的热解过程中碳化，进而变成co2和水而消除，不会影响磷酸铁的品质。含有氨氮的浓缩液中的腐殖酸、cl-、co32-的浓度若达不到上述范围，可以另外加入对应的物质，使得腐殖酸、cl-、co32-的浓度达到上述范围。含有氨氮的浓缩液中的钙镁离子对步骤s2的反应有不利影响，能通过上述步骤(2)进行去除。

16、可选的，步骤s3中，将步骤s2的产物过滤后，送入热解炉，再通入氧气，升温速率为8-10℃/min，升温至800-900℃，维持30-50min，冷却后获得最终产品磷酸铁。

17、可选的，步骤s4中，所述酸液选自硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液，根据热解炉排出的氨气量以及所需的液态氮肥的浓度，适应性调节所述酸液的浓度。

18、现有的热解炉主要是管式炉和高温旋转炉，管式炉的炉管普遍较细，适合于小型的实验研究，且样品统一堆放在样品舟内，受热效果不均衡。高温旋转炉的炉膛较大且可以转动，主要用于气象沉积领域，固体样品会沿着炉膛内壁转动，不适用于本发明的热解反应，因为固体样品沿炉膛内壁转动不利于与氧气充分接触，反应不够充分。因此，本发明提供了一种新型管式炉，内部具有能旋转的样品架，有利于与氧气充分接触。

19、可选的，所述新型管式炉包括炉管以及炉管内部的样品架，炉管为中空的圆柱形，且为卧式的，炉管一端的下部设有氧气进口，另一端设有气体出口，用于排出产生的氨气及多余氧气；

20、样品架的一端伸出炉管，并连接炉管外部的驱动电机，用于带动样品架转动；样品架包括若干个样品盘和若干个支撑杆，若干个样品盘沿着炉管的轴向均匀分布，样品盘与炉管同心设置，支撑杆平行于炉管的轴向，若干个支撑杆沿着样品盘的周向均匀分布，若干个支撑杆围设在样品盘的边缘周围，并连接样品盘边缘，使得若干个样品盘连成一串。

21、进一步可选的，所述样品盘为扁平的圆柱形，其外侧壁均为网片形式，允许氧气进出样品盘，又能避免样品盘内的固体物料漏出；

22、样品盘的圆形盘面垂直于炉管的轴向，样品盘内部设有若干个横纵交错的分隔板，将样品盘的内部空间划分为若干个网格式的分空间，便于样品在样品盘内均匀分布；

23、样品盘面对氧气进口的盘面为均匀的波浪形网片，有利于在样品盘的上游侧使得氧气扰动，促进气固接触。

24、上述每个样品盘与炉管内壁之间都留有一段空隙，作为过气通道，使得氧气不仅能横穿样品盘的盘面(与其内部的固体样品接触反应)，又能从该过气通道流过，再接触下一个样品盘，避免氧气横穿过各个样品盘时阻力太大，而使炉管内部气压较高。而且，相邻样品盘的过气通道的位置不对应，而是沿着顺时针或逆时针方向依次转动设置，使得从样品盘与炉管内壁之间空隙通过的氧气在炉管内形成一种旋转前进的流型，有利于氧气在炉管内部的扰动，促进氧气与固体样品充分接触。为了保持样品架在炉管内的顺利转动，样品盘在其它方向上与炉管内壁保留很小的缝隙，该缝隙远小于上述过气通道，不影响样品架转动即可。

25、热解前，复盐磷酸亚铁铵固体均匀装填在各个样品盘内的分空间中，再放入炉管内，各个支撑杆的一端汇聚后，伸出炉管一端再连接驱动电机，支撑杆与炉管衔接的位置设置转动密封装置，避免炉管漏气。驱动电机带动样品架整体转动，而炉管不动，炉管外部设置加热装置，为热解反应提供热量。根据需要处理的磷酸亚铁铵的量，合理设置炉管和样品盘的尺寸，以及样品盘的数量。氧气输入炉管，样品架转动，各个样品盘以及样品盘内分空间的设置，能够极大程度上避免样品的堆积，氧气路过样品盘的盘面，有利于氧气的分散，从而促进氧气与样品的充分接触，提高磷酸铁的产率。

26、在实际操作中，将复盐磷酸亚铁铵均匀分量装入各个样品盘的分空间内，是一项繁琐的工作。人工操作时，存在称量繁琐和装样不均的问题。机械操作则成本较高，同时也要耗费工时，固体还容易污染操作环境。本技术提出了以下解决方案。

27、可选的，步骤s2中，将干净的样品架放入反应釜内，作为搅拌器使用，样品架的一端向上穿出反应釜，并连接搅拌电机，用于带动样品盘转动；

28、样品盘水平放置，且波纹形的盘面向上。

29、步骤s2是个结晶反应，搅拌器有利于反应的进行和控制晶体的长大，所述样品架放入反应釜内，不仅能发挥良好的搅拌作用，而且样品盘发挥晶体载体的作用。开始反应时，含有氨氮的浓缩液、磷盐和亚铁盐在搅拌作用下充分接触、反应，形成的小颗粒晶体不被样品盘的网片拦截，可自由进出样品盘，当晶体长到一定尺寸时，一旦进入样品盘内部，在水力作用下容易附着在网片或分隔板上，附着后晶体作为晶核会继续长大，当晶体尺寸大于样品盘网孔孔径后，晶体即留在样品盘内部，还能继续长大。由于样品盘的网笼式结构和若干个样品盘的排布，基本能在转动的水体内捕获大部分晶体和晶核，搅拌时均匀的水力环境，有利于晶体、晶核均匀进入各个样品盘的各个分空间。

30、由于晶体具有自重，反应釜下部的晶体会多些，为了阻止反应釜下部样品盘内的晶体过多，可选的，所述反应釜的底部设有曝气装置，为反应釜的中下部提供向上的扰动，气泡附着在晶体表面，有利于带领晶体返回反应釜中上部，均衡反应釜上下的晶体；就算有少量气泡带领晶体浮至液面，气泡遇大气压破裂，晶体也能再次下降，返回反应釜中上部继续反应。