一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统，装置进水为源分离尿液，主体部分为水解单元、沉淀单元；源分离尿液在蠕动泵动力下先流经以改性废弃PVDF中空纤维膜、生物炭为填料的水解单元，尿素水解为氨氮，pH升高，后进入以颗粒状氧化镁为填料的沉淀单元，生成鸟粪石沉淀(MgNH4PO4·

【技术实现步骤摘要】
一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统


[0001]本专利技术涉及尿液废水中的氮磷资源与污染物质，具体涉及一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统。

技术介绍

[0002]自从人类进入工业社会，经济不断发展，人口数量剧增，粮食需求量增高，导致了农业生产中化肥的使用增加，其中磷肥主要来自于磷矿的开发，但磷矿作为一种不可再生资源随着人类的开采而枯竭，因此亟需一种回收磷资源的新途径。
[0003]尿液仅占生活污水体积总量的1％左右，却占了生活污水中的80％的氮和60％的磷，且污水处理厂超过70％的运行负荷来自于尿液中的氮磷污染。但过去尿液往往随生活污水一同排入污水处理厂进行处理，不仅造成了大量氮磷资源的浪费，而且增加了污水处理厂的运行负荷。
[0004]膜过滤技术广泛应用于水处理领域，但由此产生的废弃PVDF中空纤维膜可达109万吨，占总废塑料4.55％，处理成本高且效果差，废弃PVDF中空纤维膜成为现阶段迫切需要解决的问题。目前，对于废弃PVDF中空纤维膜的利用常应用于污废水预处理过程、花园中土织物或者在加工创造等。废弃PVDF中空纤维膜经左旋多巴改性后可加大表面的粗糙度，有利于微生物的附着。
[0005]人类所服用的药物除被人体吸收外，很大比例仍以原药物或代谢产物的形式经尿液排出体外，因此尿液含有大量的污染物质，在污水处理厂中并不能实现完全处理，大部分会排放到自然环境中，造成环境污染及破化生物多样性等危害。
[0006]生物炭是在有限氧或无氧条件下由生物质经高温热解过程产生的富碳材料，表面具有丰富的官能团和负电荷，内部有着发达的孔隙结构，以其低成本、高效率等优势广泛应用于污染物吸附处理等领域。
[0007]鸟粪石沉淀法是利用镁磷和铵形成不溶的鸟粪石沉淀(磷酸铵镁，MgNH4PO4·
6H2O)来回收氮磷资源，但传统的鸟粪石沉淀法往往是将镁源直接投入污废水中进行氮磷资源回收，生成鸟粪石沉淀(磷酸铵镁，MgNH4PO4·
6H2O)，而由于污废水的传质不均匀性，造成实际镁源投加量远大于理论需求量。
[0008]本专利技术通过尿液源分离收集装置将尿液从源头分离，同时耦合水解单元以及沉淀单元，将改性废弃PVDF中空纤维膜、生物炭以及颗粒状氧化镁结合起来使用，利用改性废弃PVDF中空纤维膜作为微生物负载材料，水解单元一方面将尿素转变为氨氮，另一方面提高了尿液的pH，极大地促进了氮磷资源在沉淀单元中形成鸟粪石沉淀(磷酸铵镁，MgNH4PO4·
6H2O)的过程，回收之后可以作为肥料，改良提高土壤肥力，从而搭建了一种源头收集——微生物水解——鸟粪石沉淀系统，该系统可用于尿液处理，实现污水精准处理、废弃物再利用以及营养资源回收，提高了经济效益，为未来污废水处理技术升级改造提供坚实基础。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于改善现有技术的不足，提供一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统。
[0010]本专利技术为解决现有技术中提出的技术问题提出第一个的技术方案是：一种基于鸟粪石沉淀法的尿液资源化系统，包括：源分离尿液收集单元(1)、蠕动泵(2)、水解单元(3)及沉淀单元(4)；
[0011]所述源分离尿液收集单元(1)通过厕所改造将尿液从源头分离，得到水尿混合液作为系统的进水；
[0012]所述的蠕动泵(2)将进水泵入水解单元(3)以及沉淀单元(4)中，为系统提供连续流的运行模式；
[0013]所述水解单元(3)包括：5层柱状填料塔，其中，3层填料为改性废弃PVDF中空纤维膜的微生物载体，1层填料为生物炭。源分离尿液流经水解单元，在微生物载体表面生物膜作用下使尿素水解，pH升高，后流经第5层生物炭吸附尿液中污染物质；
[0014]1)将废弃PVDF中空纤维膜根据方法经改性后裁剪为2cm，填充于装置的第1、2、3层；
[0015]2)以木屑等废弃生物质根据方法制备生物炭，填充于装置的第5层；
[0016]其中废弃PVDF中空纤维膜的改性方法为于10mM Tris
‑
HCl缓冲溶液(pH＝8.5)中配制2g/L左旋多巴溶液，黑暗振荡24h(80r/min)，经水清洗后晾干；
[0017]其中生物炭制备方法为70min升高至700℃，恒温热解120min后自然冷却；
[0018]所述沉淀单元(4)包括：2层柱状填料塔以及塔底锥形漏斗，根据方法制备颗粒状氧化镁填充与第1、2层。水解尿液中的铵根离子、磷酸根与填料中的镁源结合生成鸟粪石沉淀(磷酸铵镁，MgNH4PO4·
6H2O)，部分鸟粪石沉淀在重力作用下于塔底锥形漏斗中汇集，可与颗粒状氧化镁应用于农业种植及土壤改良修复；
[0019]所述颗粒状氧化镁的制备方法包括以下步骤：
[0020]1)依次向海藻酸钠溶液(2％)中加入MgO、生物炭，搅拌30min；
[0021]2)使用注射器以一定流速滴入CaCl2溶液(3％)得到微球，继续硬化1h后经水清洗；
[0022]3)浸泡于CaCl2溶液(3％)中冷藏24h后烘干；
[0023]本专利技术提出的第二个技术方案是采用上述处理技术对尿液废水进行处理，能够有效降低尿液中的污染物质，实现了氮磷资源的回收，废弃物的再利用。
[0024]有益效果：
[0025]废弃PVDF中空纤维膜是一种处理成本高的废弃物，经左旋多巴改性后可成为优良的微生物载体；生物炭是一种成本低、来源广的吸附材料，对污染物质有着极强的吸附能力；氧化镁作为一种镁源，可与氮磷资源作用，生成鸟粪石沉淀(磷酸铵镁，MgNH4PO4·
6H2O)，与生物炭复合后，可提高处理废水中氮磷资源的能力；同时生成的鸟粪石沉淀可作为一种肥料，提高肥力，改良土壤，也实现了不可再生资源磷在自然界中的循环，另外，经过以上处理过的尿液废水，污染物质浓度降低，因此可将处理过的尿液废水作为一种液体肥料再次利用，具体：
[0026]1、本专利技术首次提出一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统用于尿液处
理以及资源回收，实现污水精准处理、废弃资源再利用营养资源回收，降低污水处理成本，提高经济效益。
[0027]2、水解单元使源分离尿液中尿素水解的同时提高pH，极大的促进沉淀单元中鸟粪石沉淀效果，提高磷回收速率。
[0028]3、本系统所用材料廉价易得，实现废弃资源再利用，收集的鸟粪石沉淀以及颗粒状氧化镁可作农田肥料，提高肥力，同时实现土壤改良，在源分离尿液与应用有广阔前景。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统示意图；
[0030]图2为本专利技术的主体装置(水解单元以及沉淀单元)实物图；
[0031]附图标记：1：源分离尿液收集单元；2：蠕动泵；3：水解单元；4：改性废弃PVDF中空纤维膜；5：生物炭；6：沉淀单元；7：氧化镁颗粒；8：塔底锥形漏斗。
具体实施方式
[0032]下面通过具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统，其特征在于：包括：源分离尿液收集单元(1)、蠕动泵(2)、水解单元(3)及沉淀单元(4)。2.根据权利要求1所述的一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统，其特征在于：所述源分离尿液收集单元(1)通过厕所改造将尿液从源头分离，得到水尿混合液作为系统的进水。3.根据权利要求1所述的一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统，其特征在于：所述的蠕动泵(2)将进水泵入水解单元(3)以及沉淀单元(4)中，为系统提供连续流的运行模式。4.根据权利要求1所述的一种基于鸟粪石沉淀法的源分离尿液资源化系统，其特征在于：所述水解单元(3)包括：5层柱状填料塔，其中，3层填料为改性废弃PVDF中空纤维膜的微生物载体，1层填料为生物炭。源分离尿液流经水解单元，在微生物载体表面生物膜作用下使尿素水解，pH升高，后流经第5层生物炭吸附尿液中污染物质；1)将废弃PVDF中空纤维膜根据方法经改性后裁剪为2cm，填充于装置的第1、2、3层；2)以木屑等废弃生物质根据方法制备生物炭，填充于装置的第5层；其中废弃PVDF中空纤维膜的改性方法为于10mM Tris
‑
HCl缓冲溶液(pH＝8....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞鑫，张靖昌，吴宜骏，孙佩哲，刘皓，李志鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：