一种基于管网蓝铁石捕获器的污水磷回收方法与流程

一种基于管网蓝铁石捕获器的污水磷回收方法
(一)技术领域
1.本发明涉及异化金属还原微生物还原外源添加的铁矿的过程，通过此过程得到可溶性二价铁离子，与污水中的磷酸盐结合成产物蓝铁石。同时涉及在污水管道接口处安装可拆卸的蓝铁石捕获器，利用污水中的有机物作为电子供体、磷酸盐作为蓝铁石合成的磷源以及管道内的厌氧环境，实现产物的富集和回收，属于废水处理及其资源化利用技术领域。
(二)

背景技术：

2.近年来，合成蓝铁石从而实现生活污水中的磷回收受到了广泛的关注。它作为一种稳定的磷矿物，在ph6-9的范围内都可以稳定存在，大大提高了污水磷回收的效率。一方面，污水中含有大量的有机物和磷酸盐，这为蓝铁石的合成提供了物质基础。另一方面，污水管网的封闭为蓝铁石的合成提供了厌氧的环境条件，在管网接口处设置由法兰连接的下沉式蓝铁石捕获器可以借助管网自身特征为蓝铁石合成创造厌氧环境，有望大幅度提高产物的回收效率，降低回收成本。
3.由于生活污水中含有较多的有机物，负载的铁矿作为外加铁源，异化金属还原微生物可以充分利用污水中的有机物作为电子供体，通过铁还原作用将三价铁转化为二价铁，与磷酸盐结合形成蓝铁石。当污水流经接口处时，一部分污水由于重力作用下沉至捕获器，在此微型反应器中便可实现蓝铁石的富集和回收，使得反应更加完全。除此之外，碳基材料的投加可加速异化铁还原过程，从而提高蓝铁石的合成效率，提高磷资源回收率。因此，本发明设计了一种安装于污水管网接口处，利用异化还原微生物合成磷矿物蓝铁石，从而实现污水的资源化应用的新装置。
4.(三)目的
5.本发明的目的是设计一种安装在污水管网接口处，促进蓝铁石合成与回收的捕获器，从而回收污水中的磷，实现污水资源化利用。
6.(四)技术方案
7.本发明为解决以上提出的问题，采用如下技术方案：
8.本发明利用异化铁还原微生物在厌氧条件下的铁还原作用，以蓝铁石的形式进行磷回收。特点在于利用污水管网的厌氧环境和接口处的水力下沉作用，加入铁矿为铁源，加入碳基材料作为污水微生物的富集载体，同时在接口的支管处即捕获器的安装处设置法兰，法兰下侧安装滤膜。各部分结构的具体设置如下：
9.碳基材料：在捕获器安装前加入碳基材料，作为污水微生物的富集载体，同时起到强化电子传递的作用。
10.铁矿：在捕获器安装前加入铁氧化物等铁矿颗粒作为铁源。
11.法兰(优选)：法兰与捕获器连接处安装有环形密封垫圈，法兰外侧均匀开设四个螺纹孔。法兰材料与管道材料一致。其作用在于保证捕获器与管道的充分连接。
12.滤膜(优选)：滤膜孔径为μm级，其作用在于保证污水流入捕获器，同时防止捕获器
内的填料及目标产物被水流冲出。
13.蓝铁石捕获器：管道维护间隙，拆卸捕获器，将内容物离心，得到的蓝绿色晶体进行真空干燥和保存，即可得到目标产物蓝铁石。
14.本发明创造性地提出了在管网接口处设置矿物捕获器的观点，其有益成果体现在捕获器设置于管网接口处，在管道维护期间回收产物。加入碳基材料和铁矿颗粒作为填料，补充了蓝铁石合成的铁源，强化了微生物的富集和电子传递，大大提高了蓝铁石回收率和磷回收率。在实现磷回收的同时，减轻管网后期的除磷压力并减少铁絮凝剂的投加量。此外，该装置还可以控制管道腐蚀，矿物回收后集中于捕获器内，可以防止堵塞管道。
(五)附图说明
15.图1为该捕获器的剖面图。
16.图2为碳基材料表面微观示意图。
17.图3为铁还原过程的微观机理图。
(六)具体实施方式
18.下面结合实例对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式包括却不限于此。
19.实施例1：
20.在捕获器安装前，加入fe2o3颗粒和石墨。在捕获器接口处安装滤膜，使用含有环形密封圈的法兰安装固定。主管道污水流经此处，由于重力作用流入捕获器内，此时在污水中的异化铁还原微生物作用下，填料中的fe2o3发生还原，在石墨的促进作用下，与污水中的磷结合形成蓝铁石。蓝铁石逐渐结晶累积形成粒径为微米的固态晶体，由于滤膜的阻隔导致其不会被水流裹挟损失。管道维修时，将捕获器拆卸滤膜更换，捕获器内的沉淀进行离心处理，得到的产物真空干燥并厌氧保存。待管道维修结束后，再次加入上述填料并安装捕获器使用。
21.实施例2：
22.在捕获器安装前，加入水铁矿颗粒和活性炭颗粒。在捕获器接口处安装滤膜，使用含有环形密封圈的法兰安装固定。污水流经此处，由于重力作用流入捕获器内，在污水中的异化铁还原微生物作用下，水铁矿中的铁发生还原，在活性炭的促进作用下，与污水中的磷结合形成蓝铁石。蓝铁石逐渐结晶累积形成粒径为微米的固态晶体。管道维修时，将捕获器拆卸，滤膜更换，捕获器内的沉淀进行离心处理，得到的产物真空干燥并厌氧保存。待管道维修结束后，再次加入上述填料并安装捕获器使用。
23.实施例3：
24.在捕获器安装前，加入六方纤铁矿颗。在捕获器接口处安装滤膜，使用含有环形密封圈的法兰安装固定。主管道污水流经此处，由于重力作用流入捕获器内，在污水中的异化铁还原微生物作用下，六方纤铁矿中的铁被还原，与污水中的磷结合形成蓝铁石。蓝铁石逐渐结晶累积。管道维修时，拆卸捕获器更换滤膜，得到的产物真空干燥并厌氧保存。待管道维修结束后，再次加入上述填料并安装捕获器使用。
25.实施例4：
26.可将该捕获器应用于城市污水管网。城市工业区、办公区、住宅区的污水汇入主管
道，其中含有大量的有机磷和磷酸盐。在管道的检查井接口处安装该捕获器，其管径和材料与接口直径和材料一致。捕获器内负载铁矿和碳材料，在管网检修时回收产物蓝铁石。
27.实施例5：
28.可将该捕获器应用于居民楼下水管道。厨房的水池，卫生间的马桶、浴缸、地漏处的生活污水富含磷元素和有机物，在下水管道的汇集处该捕获器，安装前负载铁矿和碳材料，管道检查维护时拆卸捕获器并收集目标产物。该途径下可以充分利用水中的物质，实现磷回收。
29.以上所述仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式和保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的实质、原理与构思进行改变、替代、组合、修饰与简化，均认为是等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于异化金属还原作用，安装在污水管网的接口处或居民楼出水管道处等位置，在厌氧条件下加入碳基材料和铁矿，从而实现蓝铁石和污水磷回收的污水管网蓝铁石捕获器(1)。其特征在于利用接口处水流的重力下沉使污水汇集，通过外源添加铁矿(2)和碳基材料(3)作为微生物载体，促进蓝铁石结晶的形成，同时在管道的定期维护和拆卸期间，将捕获器中收集到的蓝铁石进行回收，从而实现污水磷资源的回收和利用。2.根据权利要求1所述的发明，其特征在于在捕获器(1)内部添加铁矿颗粒(2)作为补充铁源和填料。铁矿(2)包括赤铁矿、水铁矿、纤铁矿等。3.根据权利要求1所述的发明，其特征在于在捕获器(1)内部添加碳基材料(3)作为污水微生物富集的载体，同时强化微生物的电子传递过程，碳基材料(3)包括石墨、活性炭、生物炭、炭黑等。4.根据权利要求1所述的发明，其特征在于捕获器(1)与检查井之间设置法兰(4)，内侧有环形密封垫圈(5)。法兰材料与管道一致。5.根据权利要求1所述的发明，其特征在于在捕获器(1)的法兰(4)下端安装微米级孔径的滤膜(6)。

技术总结
本发明公开了一种可用于污水管网磷回收的蓝铁石捕获器，其特征在于将该捕获器安装在管道接口处，其中添加铁矿和碳基材料，可在管道的定期维护和拆卸期间回收目标产物蓝铁石。该捕获器内的铁矿可作为补充铁源，碳基材料作为生物富集载体。检修管道时将捕获器拆卸，收集捕获器内的目标产物蓝铁石。本发明使用的异化金属还原菌来源于污水，便于富集；外源添加的铁矿价格低廉，经济实惠；负载微生物的碳基材料来源广泛，性质稳定。除此之外，捕获器与管道接口之间增设法兰，保证了与管道的紧密连接。增设滤膜可以防止产物损失。该发明为污水的资源化处理设计了新装置，有望节省蓝铁石回收的费用并实现磷资源的循环利用。收的费用并实现磷资源的循环利用。收的费用并实现磷资源的循环利用。


技术研发人员：李楠 高妍
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2022/2/7