尿液源分离系统中若干单元操作优化与研究

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尿液是人体代谢的主要排泄物,尿液中含有大量营养素,其虽然只占污水处理厂处理量的1%,但却贡献了大约80%的N、50%的P及90%的K,因此从生态卫生和资源回用的理念,采用尿液源分离的方法将尿液单独收集起来,不仅可以降低污水处理厂的营养负荷,减少处理厂的工艺流程,节约用于冲厕的清洁水,还能够将收集后尿液中的营养元素进行回用。目前,尿液源分离的研究已引起国内外相关专家的重视,但是找到一种更加经济、有效、无污染的源分离尿液的处理方法仍然是国内外的研究重点。本文主要聚焦于尿液收集后的稳定化以及进一步的处理,对现有尿液处理系统进行补充和优化。尿素占新鲜尿液中总氮的90-95%,是尿液处理和资源回收方面的主要目标。但是,在尿液的收集和储存过程中尿素易被脲酶水解,所产生的氨和氨基甲酸酯会导致管道堵塞,造成氨氮损失和产生难闻的臭味,因此,必须抑制脲酶的活性,进而防止尿素水解。通过研究一些生活中以及尿液中常见的药物对脲酶活性的影响,找出经济环保的尿液稳定化方法,即在稳定尿液的同时也能将医院尾水中高浓度药物进行循环利用。结果表明,苯三酚(1,2,4-Benzenetriol),对苯二酚(Hydroquinone),儿茶酚(catechol)和戒酒硫(disulfiram)对脲酶活性的抑制率均在97%以上,可将尿液稳定31天以上。药物对脲酶活性抑制结果,表明了药物能够有效抑制尿素水解,从而影响尿液中现有形式的氮素养分,该工作为更经济有效的稳定新鲜尿液以及医院污水中高浓度药物的处理铺平了道路。对于源分离尿液中营养物质的处理研究,本课题主要对现有系统的处理方法进行补充和优化,采用水力旋流器结合吹脱方法用于处理完全水解尿液,经改变吹脱过程的气液比、温度以及pH来获得运行的最佳工况。考虑到成本和去除率,使用空气汽提-水力旋流器系统从水解尿液中去除NH3-N的最佳参数为pH 10,气液比为1200、60℃循环旋流吹脱3 h后,NH3-N去除率为93%,并分析了汽提-水力旋流器系统在不同气液比,pH和温度下获得1 g NH4Cl的产品的生命周期的影响,发现升高温度可以适当降低整个处理过程对环境的影响。另外研究了采用活性炭吸附法回收尿液中的尿素,发现所研究的几种活性炭中,0.8 mm球状活性炭对尿素的吸附效果最好,为11.8 mg/g。并在此基础上探究了其吸附动力学以及吸附热力学特征和多次吸附脱附后的效果,结果表明,采用清水对活性炭进行五次吸附再生后,其吸附效率仍可以达到80%以上。
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