一种含磷废水的二级逆流吸附工艺及其分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及废水处理及资源回收技术领域，特别涉及一种利用磁性生物炭去除或回收废水中磷元素的二级逆流吸附工艺及其分离装置。其中，所述二级逆流吸附工艺包括在每个处理周期中将磁性生物炭连续两次施用在含磷废水中，并将第二次吸附过程所施用的磁性生物炭回收并应用于下一周期的第一次吸附过程。本发明专利技术所提供的二级逆流吸附工艺可充分利用磁性生物炭，并可实现对含磷废水中磷元素的回收和再利用，有效缓解磷元素资源匮乏的困局。有效缓解磷元素资源匮乏的困局。有效缓解磷元素资源匮乏的困局。

【技术实现步骤摘要】
一种含磷废水的二级逆流吸附工艺及其分离装置


[0001]本专利技术涉及废水处理及资源回收
，特别涉及一种利用磁性生物炭去除或回收废水中磷元素的二级逆流吸附工艺及其分离装置。

技术介绍

[0002]磷是植物生长必需的元素之一，磷肥是全球粮食正常供给的重要保证。作为磷肥的生成原料，磷矿石是一种不可再生资源。据估算，到这个世纪中叶，全球磷矿石即将耗竭，届时全球粮食产量将受到严重威胁。另一方面，农业生产中大量使用的磷肥，仅一部分被植物吸收，其余大量磷元素随地表径流汇入水体，导致水中磷浓度升高。当水体磷浓度大于0.02mg P/L时，可能发生水体富营养化。水体富营养化会引发藻华、赤潮等，对生态系统平衡、水产养殖行业等造成严重威胁。因此，磷资源短缺和水体磷污染是当前迫切需要解决的问题。
[0003]近年来，生物炭的兴起为解决上述资源与环境问题提供了一种选择。生物炭是废弃生物质的碳化产物。废弃生物质，如秸秆、树枝、菌渣、市政污泥等，碳化后施入土壤，不仅可以改良土壤，还可将废弃生物质中的碳固定于土壤，具有固碳减排的环境效益。同时，生物炭也可应用于污水处理领域，尤其是用于吸附废水中的磷，如申请号为CN201610279556.8、CN201910410211.5和CN202010703363.7等的专利技术专利均公开了能够吸附水中磷的生物炭或改性生物炭的制备方法。若将生物炭首先用于吸附废水中的磷，其次将富集了废水中磷的生物炭(称为富磷生物炭)施入土壤，不仅可以改良土壤，还可以为植物提供磷元素，如此便可同时实现水体磷污染控制和废水磷资源回收的双重目的。然而，当前用生物炭去除/回收废水中磷存在着生物炭吸附容量利用率低、对磷的吸附能力差、吸附后难以从废水中分离回收等问题，严重制约了生物炭在水体磷污染控制和废水磷资源回收方面的进一步应用。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种可实现对含磷废水中磷元素有效除去/收集的二级逆流吸附工艺，以及应用于该工艺的分离装置。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种含磷废水的二级逆流吸附工艺，包括在每个处理周期中将磁性生物炭连续两次施用在含磷废水中，并将第二次吸附过程所施用的磁性生物炭回收并应用于下一周期的第一次吸附过程。
[0006]进一步提供应用于前述二级逆流吸附工艺的分离装置，具有：
[0007]原水罐，用于存储含磷废水；
[0008]存储罐，用于存储磁性生物炭的混悬液；
[0009]反应器，分别通过管路与所述原水罐和存储罐连接；
[0010]磁性结构，设置在所述反应器的底部，用于分离磁性生物炭和污泥。
[0011]本专利技术的有益效果在于：通过在含磷废水中使用磁性生物炭进行磷富集，可有效
降低含磷废水中磷含量的同时，便于对富集磷的磁性生物炭进行回收。并且，由于本专利技术所使用的磁性生物炭具有至少两次吸附磷元素的吸附容量，因此将仅经过一次吸附过程的磁性生物炭重新应用于下一周期的吸附过程，即实现二级逆流吸附，从而使磁性生物炭得到充分的利用，进而提高磁性生物炭对含磷废水中磷元素的去除/回收率。
附图说明
[0012]图1所示为本专利技术在具体实施方式中第0周期的流程图；
[0013]图2所示为本专利技术在具体实施方式中第1～n周期的流程图；
[0014]图3所示为本专利技术在具体实施方式中分离装置的结构示意图；
[0015]图4所示为本专利技术在实验例中对照组和处理组中种子萌发生长的对比照片。
[0016]标号说明：1、原水罐；2、进水阀；3、进水泵；4、反应器；5、第一搅拌结构；6、电磁线圈；7、磁性结构；8、液位计；9、投加泵；10、存储罐；11、排水阀；12、出水泵；13、流量计；14、排泥阀；15、排泥泵；16、PLC系统。
具体实施方式
[0017]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0018]一种含磷废水的二级逆流吸附工艺，包括在每个处理周期中将磁性生物炭连续两次施用在含磷废水中，并将第二次吸附过程所施用的磁性生物炭回收并应用于下一周期的第一次吸附过程。
[0019]其中，所述磁性生物炭为经过炭化的含有钙和/或铁的抗生素菌渣。具体的，所述磁性生物炭的制备方法为首先将干燥的富钙/铁抗生素菌渣在限氧条件下，以10℃/min的升温速率升温至600℃进行热解炭化2h，然后将其研磨成粉，并用去离子水清洗后分散在去离子水中，优选地，磁性生物炭悬浊液的浓度为30～50g/L。所述限氧条件为隔绝空气或氧气的条件下进行，或者在氮气或二氧化碳氛围中进行。所述富钙/铁抗生素菌渣为万古霉素发酵菌渣，其中钙和铁的含量均为7～20wt％，含水率为20～50wt％。所述磁性生物炭在外加磁场的作用下能够聚集从而实现对磁性生物炭的回收，所述外加磁场优选由电磁铁和/或永磁铁所产生。在本文中，所述磁性生物炭按如下方式制备：将万古霉素菌渣(钙和铁的含量均为7～20wt％，含水率为20～50wt％)在105℃预热干燥6h后，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃炭化2h，然后研磨成粉，获得粒径小于0.15mm的磁性生物炭。其中，所述磁性生物炭的磁性、磷吸附能力、抗生素残留量等数据均在专利技术人在先申请专利CN11513833A予以证明，因此以引用的方式将其并入本文中。
[0020]现有利用磁性生物炭的除磷吸附工艺通常采用一级吸附，如专利技术人在先申请专利CN11513833A，即将磁性生物炭直接加入含磷废水中，吸附完成后进行固液分离，以完成对废水中磷元素的吸附。然而专利技术人在实践中发现，单次使用后的磁性生物炭依然具有磷吸附能力，即一次吸附过程难以充足利用磁性生物炭所具有的优秀的磷吸附容量，因此专利技术人设计一种二级逆流吸附，即含磷废水和新鲜磁性生物炭的加入时间错开，从而使得含磷废水在一次吸附后在较低磷浓度水平下加入新鲜的磁性生物炭而将其剩余磷元素进行吸附回收。其中，所述新鲜的磁性生物炭是未使用过的，而第一次吸附过程所使用的磁性生物
炭是使用过的，即吸附有磷元素的磁性生物炭，其来源于前周期中第二次吸附过程中所使用的新鲜磁性生物炭，它们被收集后重新应用于下一周期的第一次吸附过程。而在第一次吸附过程中所使用的磁性生物炭经过两次吸附处理后与含磷废水中其余物质沉积在底部并形成污泥后可直接施用在土壤中，以提高土壤中磷元素的含量，即实现对含磷废水中磷元素的收集和再利用。
[0021]具体的，所述含磷废水的二级逆流吸附工艺包括如下步骤：
[0022]S1、第0周期：
[0023]S11、将所述磁性生物炭连续两次加入含磷废水中并搅拌；
[0024]S12、收集所述磁性生物炭并将含磷废水上清液排出，分离获得含磷磁性生物炭、污泥和除磷的废水；
[0025]S2、第1周期：
[0026]S21、向新的含磷废水中加入S12所获得的含磷磁性生物炭，搅拌后回收，获得旧磁性生物炭；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含磷废水的二级逆流吸附工艺，其特征在于，包括在每个处理周期中将磁性生物炭连续两次施用在含磷废水中，并将第二次吸附过程所施用的磁性生物炭回收并应用于下一周期的第一次吸附过程。2.根据权利要求1所述二级逆流吸附工艺，其特征在于，所述磁性生物炭为经过炭化的含有钙和/或铁的抗生素菌渣。3.根据权利要求1所述二级逆流吸附工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1、第0周期：S11、将所述磁性生物炭连续两次加入含磷废水中并搅拌；S12、收集所述磁性生物炭并将含磷废水上清液排出，分离获得含磷磁性生物炭、污泥和除磷的废水；S2、第1周期：S21、向新的含磷废水中加入S12所获得的含磷磁性生物炭，搅拌后回收，获得旧磁性生物炭；S22、将新鲜的磁性生物炭加入含磷废水中，搅拌后回收，获得含磷磁性生物炭；S23、去除所述含磷废水的上清液，分离获得污泥和除磷的废水；S3、第2周期：S31、向新的含磷废水中加入S22所获得的含磷磁性生物炭，搅拌后回收，获得旧磁性生物炭；S32、将新鲜的磁性生物炭加入含磷废水中，搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铭栋，陈钦鹏，何敏贞，穆景利，郭秀妹，
申请(专利权)人：福州海洋研究院，
类型：发明
国别省市：