污水处理中的鸟粪石控制
阻止新鸟粪石形成 软化并去除沉积物 停用阻垢剂
鸟粪石让工厂付出双重成本 — 化学品和停机
鸟粪石是磷酸铵镁 (MgNH4PO4·6H2O)。在这三种离子以大致相等的量相遇且 pH 升至约 7.5 以上的任何位置,它都会从消化污泥和离心液中结晶析出 — 而这正是液体受到搅动时会发生的情况。离心机、泵或压降处的湍流会将二氧化碳从溶液中剥离出来,pH 上升,晶体开始在最近的表面形成。结果就是每位脱水操作员都认识的沉积物:坚硬、带灰色、 带式压滤机滚筒和接水盘、螺旋压滤机螺旋叶片、离心液管线、输送泵和消化池管道上的混凝土状水垢。
第一项成本是为抑制它而购买的化学品——阻垢剂、铁盐、镁控制剂,以及随之而来的储存、处理和投加。第二项是无论如何仍会发生的清洗,每一轮都会使一台压滤机或一条管线停用。两笔账同时支付,因为 仅部分有效的化学处理会让清洁计划完全维持原状 — 投加药剂已经购买,压滤机仍然需要停机。与此同时,磷排放许可收紧使更多磷进入污泥液,因此根本问题正在变得更难,而不是更容易。
鸟粪石正在主导您维护计划的典型迹象:
- 坚硬、发灰的水垢在两次维护之间使离心液、消化池和污泥管道变窄
- 带式压滤机转鼓孔发生桥接,或螺旋压榨机每月都需要拆卸清理
- 清洗方式已从水管冲洗升级到3,500 psi高压水,再到凿子和锤子
- 阻垢剂或铁盐投加量已逐渐上升,但清洁间隔没有改善
- 输送泵按固定日程而非实际状况离线进行酸洗
- 清洁后数周内水垢再次出现,并且每次复发更快
为什么鸟粪石正在变得 更难,而不是更容易
鸟粪石并不是工艺故障。当工厂正确进行营养物去除并随后对结果进行脱水时,就会发生这种情况。更严格的磷排放许可——通过修订后的法规在欧洲范围内扩展 《城市废水处理指令》(EU)2024/3019,并通过美国的 NPDES 许可证和英国环境署许可证执行——意味着更多磷被捕集到污泥中,而不是排放到河流。该指令还要求成员国促进从污泥中回收磷。所有这些磷都必须经过消化池和脱水线,而这里正是满足结晶条件的地方。
pH高于7.5,且比例为1:1:1
当镁、氨和磷酸盐以大致相等的摩尔比例存在、pH 高于 7.5 且温度在 10 至 40 °C 之间时,鸟粪石会沉淀。离心机或泵处的湍流会将二氧化碳从液体中带出,pH 升高,晶体便会在最近的表面形成。
生物除磷使磷增加一倍或两倍
据报道,在采用生物除磷的工厂中,鸟粪石更为常见,因为该工艺会使进入固体物流的磷量增加一倍或两倍。许可达标表现越好,液体越富集。
每年 370 万吨磷
人类每年向废水中排放多达 3.7 Mt 的磷——原则上足以满足全球五分之一的肥料需求,尽管目前从经济和技术角度看只有约 4% 可回收。这种令人困扰的沉积物与可回收资源是同一种矿物。
来源: Robinson, T. (2021),厌氧消化过程中鸟粪石的问题与潜力,Veolia Water Technologies UK — 形成条件 · Antoniewicz, P. (2018),Understanding and Coping With Struvite/Vivianite Formation in WWTPs,Water Online — 生物除磷 · Kok 等(2018),从废水中全球回收磷用于农业再利用,Hydrology and Earth System Sciences 22:5781 · 指令 (EU) 2024/3019,城市污水处理(重订版)。数据为研究和机构报告的估算值;各工厂会有所不同。
停机测试
单次处理试验无法将技术效果与运行中工厂其他一切变化区分开来。在华盛顿州 City of Walla Walla Waste Water Plant,该设备在八周后被有意关闭,并再次观察相同测试区段。这是实际运行工厂所能提供的最接近对照的方式。
已清洁的区段保持畅通
- 第0周滚筒和盘式测试区域,12 × 12英寸,凿回至裸金属。一个 QEQI® 定制装置已安装,2013 年 5 月 31 日,信号确认峰峰值为 41.2 V。
- 第5周清洗后的滚筒部分没有新的积累物。盘中沉积物软到可以留下清晰的手指印。
- 第8周滚筒区域仍无新水垢;现有滚筒沉积物逐渐减少。软化后的盘式沉积物可用软管冲洗掉。
坚硬水垢再次出现
- 第4周新的鸟粪石在测试区域蔓延。盘上已形成八分之一英寸的沉积物。
- 第7周滚筒部位有八分之一英寸厚的坚硬水垢,盘面上有四分之一英寸厚的水垢——又得用凿子处理。
- 结果相同的设备、相同的浆液、相同的操作人员。唯一的变量是设备是否在运行。
美国华盛顿州Walla Walla市污水处理厂。数据按现场检查记录所载。 阅读案例 →
真实成本 的 未处理水
鸟粪石的成本分散在多个预算项目中——化学投加、清洁人工、损失的脱水能力和聚合物——因此很少被量化为单一数字。以下部分说明其累积位置。
鸟粪石结壳覆盖带式压滤机和螺旋压榨机
滚筒孔被架桥堵塞,产量下降,每次冲洗都要在压滤机停机时耗费数小时人工。
离心液和消化池管道中水垢造成管径变窄
在从不给予停机窗口的离心液输送中,孔径在保养间隔期间缩小。
阻垢剂和鸟粪石化学品账单
运营预算中的一项永久支出,即使仍然形成水垢,也要月复一月支付。
脱水能力损失和计划外停机
转鼓表面搭桥、辊孔堵塞降低产量,而每次清洗都会让一台你无法抽出的压滤机停用。
奥兰多Water Conserv II:坚硬的鸟粪石已在5号带式压滤机滚筒的孔洞之间架桥。经过150天的 QEQI® 处理后孔洞保持开放,仅剩极少水垢——并且压滤机在整个评估期间运行,没有因清洗而停机。 阅读案例 →
降低聚合物成本,降低污泥处置成本
鸟粪石在固体物流中带来持续成本——化学品、清洗工时、停机时间、聚合物和损失的产能。Taifitop 针对六项最重要的经常性成本提供解决方案。
鸟粪石化学处理退出使用
投加的存在是为了抑制结晶;处理了结晶,投加就无事可做。 奥古斯塔将阻垢剂降至零,并每月节省约4,000美元,以及 一家犹他州工厂在评估第一天就停止使用每月$8,000的鸟粪石化学品。
清洗时间减少
软化的沉积物会随水脱落,而不需要手工工具。 犹他州螺旋压滤机清洗用时不到四小时,而不是长达三十小时; 奥古斯塔用高压水取代了凿子和锤子;并且在 在塔尔萨南区,操作人员发现高压冲洗明显比常规清洗省力。
停机间隔更长
每避免一次清洗,就意味着压机恢复一次运行。 Water Conserv II连续运行150天,无需停机清洗, Walla Walla 已清洁的滚筒区段保持清洁 8 周,以及在 卢顿的East Hyde在为期六个月的试验中,离心液管线上没有形成新的鸟粪石。
降低聚合物投加量
抑制水垢的同一信号也有助于絮凝。 奥兰多的日均聚合物用量下降约 20%, Banbury在一台带式压滤机上每小时节省200升,以及 一家约克郡厂区的离心机聚合物用量减少11%。
孔径和容量恢复
沉积物变薄而不是变厚,让您重新获得已付费的横截面积。 在丹佛Robert W. Hite设施,流动的离心液逐步暴露出更多玻璃衬里管壁,以及 在俄亥俄州伦敦市工厂,超过一半堵塞的第一辊孔在35天内重新打开。
按月衡量的投资回收期
单个配件,无耗材,无加药设备,耗电量可与一盏小灯相比。 这家犹他州工厂记录到三个月回本; 奥古斯塔计算得出,仅凭化学品节省即可在八个月内回本,尚未计入人工或避免停机带来的收益。
卢顿East Hyde处理厂(Thames Water):在为期六个月的试验中,离心液管线中未形成额外鸟粪石垢,维护需求降低。
East Hyde污水处理厂,卢顿,离心液管道不要只听我们说——在您自己的压滤机上测试它。
本页上的每一项化学品、清洁工时和聚合物数据,都可以按照案例中的方式进行核查:将滚筒、盘或管道的指定部分清洁至裸金属,做好记录,并按固定间隔检查。我们将为您自己的工厂制定方案和间隔。
获取免费鸟粪石评估
鸟粪石控制 — 物理方式,而非化学方式
用于带式压滤机、螺旋压榨机、离心机、离心液管线和厌氧消化器管道的物理阻垢器,由获得专利的电子信号驱动
QEQI®,由 Taifitop Technology 开发,通过管壁向液体中感应约 150 kHz 的专利信号。该信号改变溶解矿物的行为方式。镁、铵和磷酸盐不再以坚硬鸟粪石的形式粘结在转鼓、叶片或管壁上,而是在液体中形成松散团簇。在结晶条件出现的地方——压降、泵、压滤机处的湍流——这些团簇会结晶为 处于悬浮状态,以细小颗粒随水流带走,而不是胶结在其经过的表面上。
由于新水垢不再黏附到金属上,流动的液体重新获得将矿物质带回溶液中的能力,既有沉积物会在随后数周和数月内软化并脱落。这正是本页每个案例所记录的模式:已清洁表面先保持清洁,随后多年形成的结壳逐步减少。信号可沿管道双向传播,因此污泥进料上的一台设备可处理其后的设备——在奥古斯塔,示波器测试确认一台设备覆盖到 两者 带式压滤机。可在带水运行的管线上安装,用时约一小时,无需切开管道,也无需停机。
由于该处理改变的是矿物质的行为方式,而不是液体的成分, 没有投加任何物质,也没有去除任何物质 — 滤饼中无残留,生物固体去向无变化,现场化学品清单无需新增申报。在丹佛,沿处理后的离心液管线采样发现,所有三种离子在下游仍处于可形成水垢的浓度,后续点位与第一个点位一样高—— 留在流体中,而不是在管道上析出成垢。这就是直接测得的机理,同时也是限制:没有任何物质离开液体,因此这不是营养物去除,也不会帮助您达到磷排放许可要求。
了解更多关于我们的技术应用场景
废水关键应用
一个信号处理脱水回路的每个部分 — 鸟粪石和聚合物加药一起处理。
带式和螺旋压榨机
鸟粪石最明显的位置——滚筒、盘、辊、洗涤箱和螺旋叶片——以及决定聚合物投加和清洁工时的位置。
离心机
卧螺离心机中的湍流会剥离二氧化碳并提高pH,而这正是鸟粪石结晶的条件。在进料端进行处理可保护转鼓及其后的离心液管线。
离心液与污泥管道
坚硬的灰色沉积物使管径变窄并提高泵送成本。单台设备可沿管线双向处理,包括八英寸玻璃衬里离心液主管。
输送泵与阀门
叶轮和阀座处的压降使泵和阀门成为最先结壳的部件,也成为最先停机进行酸洗的部件。
DAF 与浮选
抑制水垢的同一信号有助于絮凝,可减少溶气气浮和污水处理中的混凝剂与聚合物投加量。
污泥脱水中的聚合物减少
同一信号的絮凝作用——在带式压滤机和离心机上降低聚合物剂量、使泥饼更干并减少处置吨位。
鸟粪石是隐藏在固体物流中的多项成本之一。聚合物投加、泥饼干度和处置吨位在我们的 水与废水处理页面。
一种不同的处理方式: 鸟粪石处理
了解 QEQI® 与保护污泥管线、压滤机和离心液系统免受鸟粪石结垢影响的常规方法相比。
| QEQI®物理调理器——不投加任何物质 | 阻垢剂 / 鸟粪石抑制剂 | 铁盐或镁盐控制化学方案 | 酸洗和高压水射流清洗 | |
|---|---|---|---|---|
| 工作原理 | 电子信号使矿物质在悬浮状态下结晶,因此它们随水流离开,而不是附着在滚筒、刮板和管壁上 | 投加的化学品会干扰晶体生长,或将矿物质保持在液体中 | 结合或去除三种离子中的一种,使鸟粪石无法形成——通常通过铁盐处理磷酸盐 | 使用酸、高压水或手动工具清除已形成的沉积物 |
| 对液体化学性质和许可的影响 | 未去除任何物质 采样于 丹佛 发现下游的镁、铵和磷酸盐仍处于可形成水垢的水平——留在流体中,而不是结垢析出。没有任何物质离开液体,因此对磷排放许可没有帮助 | 投加输入 向水流中添加化学品,需要管理残留和剂量控制 | 改变它 真正改变化学性质,并可支持除磷——代价是铁剂投加量和污泥量增加 | 无 作用于沉积物,而不是液体 |
| 耗材 | 无 无需投加、无需试剂、无需维护计划 | 持续采购、储存、按 COSHH 处理以及投加装置 | 大量且持续的化学药剂投加;铁盐相对昂贵 | 每次清洗都需要酸、中和剂、租用设备和人工 |
| 去除现有鸟粪石 | 逐渐地,在辅助下 沉积物会在数周至数月内软化并脱落 — 奥兰多 5 mm 到 1 mm; 丹佛 可擦除。不是化学溶解 | 否 仅预防,且仅在持续投加期间有效 | 否 仅预防 | 是 清除受污染压滤机最快的方法——但会带来停机和重复上门 |
| 泥饼与生物固体的化学变化 | 未添加任何物质 没有任何物质进入水流,因此滤饼及其去向不变。絮凝在以下情况下得到改善: 奥兰多 | 被带过 投加的产品随固体一起移动 | 增加固体 铁加药会增加污泥体积和处置吨位 | 无 管线在恢复使用前已漂洗 |
| 安装和运行所需停机时间 | 无 约一小时内安装在现有管道外部;管线保持运行 | 注入点、加药泵、储罐、围堰和监测 | 投加装置、储存和连续控制 | 这是成本 每一次清洗,都是您试图避免的停机时间 |
| 您可以自行生成的证据 | 直接 将一个指定区域清理至裸金属,运行,检查——并关闭设备进行核查,如 Walla Walla 做到了 | 间接 按长期清洗间隔来判断 | 可衡量 液体取样直接显示化学变化 | 不适用 按定义属于被动应对 |
向侧面滑动,比较全部四种方法 →
比较反映的是各类别中的典型产品;各个系统会有所不同。鸟粪石 回收率 反应器未列入其中,因为它们解决的是另一个问题——它们是在容器中有意沉淀并收集鸟粪石。 QEQI® 不是过滤器,也不会去除固体,且不会从液体中取出任何东西——因此它不能为磷排放许可作出贡献。
流程概述
安装简单。 可衡量的结果。
安装在设备或关注点的上游,对管线零干扰。
适配
QEQI® 装置安装在您现有管道外部——污泥进料、离心液管线或压滤机进料管——无需切入管道、无需排水、无需停机。通常不到一小时,期间管线持续运行。
信号
一项获得专利的电子信号沿管道双向传播,从单点对管线进行处理——通常一个接口可覆盖不止一台压榨机。它在运行间隔期间对管线中静置的液体仍持续作用。
结果
软化效果最先出现,在数天到数周内显现。清洁后的表面随后保持洁净,而多年形成的结垢会在接下来的几个月中减少——可通过带日期的照片和简单的刮擦测试轻松验证。
在现场得到验证
真实现场。真实结果。
经验证的市政废水安装 脱水, 鸟粪石控制 和 工业废水。
支持与常见问题
常见问题
什么是鸟粪石?
鸟粪石是六水合磷酸铵镁,MgNH4PO4·6H2O)— 一种坚硬的灰白色结晶矿物,会在污水处理厂的消化污泥和离心液中析出。当镁、氨和磷酸盐以大致相等的摩尔比例存在、pH 高于约 7.5 且温度在 10 至 40 °C 之间时,它会形成。操作人员通常将其描述为类似混凝土或水泥,因为一旦它附着到表面后,其表现正是如此。
同一种矿物在一种情境下是麻烦,在另一种情境下却是产品:在反应器中有意回收时,它是一种缓释磷肥;而在带式压滤机转鼓或离心液管线中无意形成时,它就是维护和化学品成本。本页讨论的是第二种情况。
废水处理厂中鸟粪石形成的原因是什么?
厌氧消化会将镁、氨和磷酸盐释放到溶液中,因此离开消化池的液体通常已经接近饱和。使其超过临界点的是搅动。离心机、泵或压降处的湍流会将二氧化碳从液体中带出,pH 升高,晶体开始在最近的可用表面形成。
这就是为什么问题往往随着营养去除性能改善而出现,而不是随着性能变差而出现。据报道,采用生物除磷的工厂中鸟粪石更为常见,因为该过程可使进入固体物流的磷量增加一倍或两倍。因此,收紧磷排放许可会将更多原料推入厂区中恰好满足结晶条件的部分。
鸟粪石会在处理厂的哪些位置形成?
几乎总是在工艺的脱水端附近。在本页的案例中,它出现在带式压滤机转鼓、盘、辊和清洗箱上;螺旋压榨机内部;离心机内部;离心液和消化污泥管道沿线;以及输送泵叶轮和排放管线上。消化污泥上的换热器也是常见部位。
这种模式是一致的:无论液体在哪里被搅动、减压或暴露于空气中,局部pH都会上升,晶体会在最近的表面成核。在 俄亥俄州 City of London 工厂,多年积累已在带式压滤机内部达到约四分之一英寸厚,并堵塞了第一根辊上的孔。
如何去除鸟粪石?
通常有三条路线,而且它们不能相互替代。机械清除——高压水、凿子、锤子、水力喷射——速度快,但会使设备停用,并且随着沉积物变厚会越来越困难; 塔尔萨南区 此前使用3,500 psi水和 奥古斯塔 在处理前使用凿子和锤子。用酸或专用除垢剂进行化学溶解有效,但会带来处理、中和和处置问题。两者都是反应式方法:都不能阻止沉积物再次出现。
第三条路线是阻止新的鸟粪石结合,并让浆液逐渐带走现有沉积物。这正是 QEQI® 会,而且比酸洗更慢:预计在最初几周会软化,较老的硬结沉积物会在数月内减少,而不是数天。它改变的是循环——在奥兰多 Water Conserv II,压滤机连续运行150天完全无需清洗,硬质盘垢从5 mm降至1 mm的脆性沉积物。
你们能在不使用化学品的情况下控制鸟粪石吗?
是的,而这里的证据是关闭测试,而不是单纯声明。在 Walla Walla市污水处理厂,转鼓和盘式测试段被凿回到裸金属状态,并且一个 QEQI® 装置已安装。在八周处理期间,已清洁的转鼓区域未形成新的水垢,盘内沉积物软化到可用软管冲洗掉。随后有意关闭该装置。四周内盘内形成了八分之一英寸的新沉积物,到七周时,转鼓上有八分之一英寸硬垢,盘内有四分之一英寸沉积物。
另外两项试验由一家独立工程公司验证。在 塔尔萨南区 CH2M 验证的一项90天试验证实,已清洁的滚筒表面没有新的水垢;在 丹佛 Robert W. Hite 处理设施 同一家公司进行的60天试验发现,已清洁管段没有新的形成物。两者均未使用任何化学辅助。
QEQI®能去除现有鸟粪石,还是只能防止新水垢生成?
两者都会,但时间尺度不同,在与维护团队设定预期时,这一区分很重要。预防是即时的:设备运行的那一刻起,已清洁的表面就会停止继续积聚。去除则是逐步且辅助性的——一旦新的晶体停止结合,流动液体就会重新获得将矿物带回溶液中的能力,现有沉积物会软化、变薄并脱落。
实际情况是这样的:在十天后,鸟粪石软到可以用手擦掉,地点为 奥兰多;一周内,第一根辊筒和清洗箱上有大块物质脱落,地点在 俄亥俄州伦敦,到第 35 天,超过一半被堵塞的辊孔已经打开;在 丹佛 在60天内变薄、变软且可擦除;Orlando 的盘垢在150天内从5 mm减少到1 mm。这不是化学溶解,也没有酸洗那么快。如果你需要在周五前把结垢的压滤机清理干净,请进行机械清洗——然后在处理后的状态下运行,以阻止其再次形成。
它会减少液体中的镁、铵或磷酸盐吗?
不会,水中的物质不会被去除。Denver 的采样结果说明,这正是该技术的特点,而非不足。在以下地点开展的、经过独立验证的 60 天试验中: Robert W. Hite 处理设施,每周在处理后的离心液管线沿线三个点取样。镁、铵和正磷酸盐均处于成垢浓度,在下游点位的浓度与第一个点一样高。矿物质留在液体中,而不是在管壁上结垢——这正是该技术要实现的效果。
同一测量也设定了真实的边界。 QEQI® 改变晶体形成的位置,而不是改变离子的数量,因此它不是营养物去除,不会对磷许可限值作出贡献,也不应出现在营养物质量平衡中。如果您的目标是减少磷负荷本身,那属于另一种技术,我们会如实说明。
这和鸟粪石回收(如 Ostara Pearl、AirPrex 或 MagPrex)一样吗?
不是 — 那些解决的是不同问题,并对应不同预算。回收工艺是在受控容器中有意沉淀鸟粪石,通常通过投加镁,使该矿物能够被收集并作为肥料出售。这是一项资本项目,附带营养盐和收益论证;在安装该工艺的地方,它也会减少下游的麻烦沉积。
QEQI® 不会产生鸟粪石,也不会回收鸟粪石。它是一项维护和化学品成本措施:一个安装在现有管道周围、约一小时即可完成安装的设备,无需投加、无需耗材,旨在保持压滤机、管道和泵畅通。两者可以共存;它们并不是彼此的替代方案,我们也不会将它们放在同一评估中。
它在离心机上是否能像在带式压滤机或螺旋压榨机上一样工作?
该机制并不关心设备叫什么——它作用于液体中的结晶,处理施加在进料管线上,而不是机器上。本页证据对带式压滤机最为充分,因为大多数试验都在那里进行:塔尔萨、奥兰多、沃拉沃拉、伦敦和奥古斯塔。一项研究涵盖螺旋压滤机,地点为 一家位于犹他州的工厂,在那里,清洁时间从最多三十小时降至不到四小时。
具体到离心机,我们的直接可比证据是在聚合物方面,而不是水垢方面——一个 约克郡厂区 记录到离心机聚合物用量减少 11%——连同 Denver 的离心液管线以及在 卢顿的East Hyde,两者均位于离心脱水下游。我们宁愿直白说明,也不暗示我们有并不存在的离心机试验。请向我们询问与您配置最接近的匹配方案。
松脱的鸟粪石会怎样?
我们如何在自己的工厂证明它有效?
使用案例中采用的方法,因为它不需要仪器,而且结果很难反驳。将一个明确区段清理至裸金属—— Walla Walla 在转鼓和盘上使用 12 × 12 英寸的方形区域——拍照并标注日期,安装装置,并按固定间隔检查同一区域。 塔尔萨 在90天内对清洗过的滚筒部分实现了同样效果。
同时,记录您已经计量的事项:化学品投加量、聚合物用量、清洁工时以及清洁间隔。 奥古斯塔的案例依据是一项化学品明细, 犹他州的清洁工时, 奥兰多的平均每日聚合物用量。如果您想要最有力版本的测试,就按 Walla Walla 的做法,在结束时关闭设备。我们将为您的工厂制定方案和间隔,并会告诉您,根据我们的评估,哪些地方我们无法提供帮助。
它对蓝铁矿和鸟粪石都有效吗?
我们不知道,也宁愿如实说明。蓝铁矿——磷酸铁——在投加铁盐以去除磷的污水处理厂中是一个日益严重的问题,并且在大多数关于脱水结垢的讨论中会与鸟粪石一同出现。本页面上的任何试验都没有识别或测量蓝铁矿,因此我们没有任何方面的证据,也不会暗示我们无法支持的覆盖范围。
我们可以说的是,该技术通常作用于结晶过程,而不是专门针对鸟粪石;它也用于其他行业防治碳酸钙水垢。如果蓝铁矿是您的主要沉积物,请在评估阶段告知我们,我们会将其作为一个开放问题处理,并提出旨在解答该问题的试验方案。


