公布日：2023.02.03
申請(qǐng)日：2022.10.25
分類號(hào)：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/52(2006.01)I;C01B25/45(2006.01)I;C05B7/00(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，提供一種可同時(shí)回收污水中氮磷的電化學(xué)反應(yīng)裝置和方法。本發(fā)明提出了將電化學(xué)和天然鎂質(zhì)礦物材料及活性炭耦合，建立了電化學(xué)‑鎂質(zhì)礦物‑活性炭一體化電化學(xué)反應(yīng)裝置，通過電化學(xué)原位產(chǎn)生酸堿，實(shí)現(xiàn)了無酸堿藥劑添加，實(shí)現(xiàn)了高效回收污水中氮磷。本發(fā)明采用天然鎂質(zhì)礦物作為鎂源，采用活性炭作為輔助填料�；钚蕴靠刹捎谜�(fù)極切換的方式得到凈化，可重復(fù)利用。氮磷回收的效率和速率可通過調(diào)控電流大小和進(jìn)水流速的快慢實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)控。本發(fā)明工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作性強(qiáng)，適用于遠(yuǎn)郊鄉(xiāng)村，高速公路服務(wù)區(qū)及風(fēng)景旅游區(qū)等市政官網(wǎng)有限地區(qū)的廢水處理，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水處理和規(guī)模化的應(yīng)用。
權(quán)利要求書
1.一種同時(shí)回收污水中氮磷的電化學(xué)反應(yīng)裝置和方法，其特征在于：陽極電解水產(chǎn)生的氫離子腐蝕鎂質(zhì)礦物，釋放出鎂離子，陰極產(chǎn)生的氫氧根來給體系增加堿度，一方面廢水中的磷酸根，銨根與鎂離子在堿性環(huán)境下形成鳥糞石沉淀，另一方面銨根在堿性條件下轉(zhuǎn)化為氨分子后被酸溶液吸收，從而實(shí)現(xiàn)廢水中氮和磷的去除和回收。
2.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，包括污水池(1)，電解池(2)、直流電源(3)和沉淀池(9)；其特征在于：所述電解池(2)中陽極室和陰極室分別填充鎂質(zhì)礦物(4)和活性炭(5)，將兩個(gè)電極(6)分別插入鎂質(zhì)礦物(4)和活性炭(5)中；所述直流電源(3)為電化學(xué)系統(tǒng)供電，直流電源(3)通過導(dǎo)線(8)與電解槽(2)中的電極(6)相連接；所述污水池(1)中的污水，通過污水泵(7)，以設(shè)定的速率從電解池底部進(jìn)水口(11)進(jìn)入電解池(2)，之后從電解池(2)上方排水口(12)流出，進(jìn)入沉淀池(9)；所述沉淀池(9)上方裝有機(jī)械攪拌器(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征在于：菱鎂礦顆粒和活性炭填料粒徑約為20-40目，填充體積比為1：1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置和填料，其特征在于：陰極和陽極區(qū)分區(qū)填充，鎂質(zhì)礦物和活性炭界面相互接壤，無任何擋板和膜阻隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的電極，其特征在于：陰極和陽極均采用相同的電極，包括但不限于鈦釕銥電極，電極浸沒于填料中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的電源，其特征在于：直流電源的正極和負(fù)極與電極相連接，并且可以隨時(shí)切換正負(fù)極。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的污水泵，其特征在于：污水泵的一端連接污水池，一端連接電化學(xué)反應(yīng)的底部，可以隨時(shí)調(diào)整進(jìn)水流速。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的沉淀池，其特征在于：污水泵配有機(jī)器攪拌器，且攪拌器沒入水體的深度及轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所解決的技術(shù)問題是針對(duì)廢水中氮磷回收的技術(shù)需求，克服現(xiàn)有脫氮除磷技術(shù)在氮磷回收中存在鎂源成本昂貴，藥劑儲(chǔ)存運(yùn)輸，設(shè)備操作復(fù)雜等的不足，提出一種無需酸堿藥劑、操作簡單、靈活便捷的電化學(xué)方法用于氮磷的回收。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種同時(shí)回收污水中氮磷的電化學(xué)反應(yīng)裝置和方法，技術(shù)原理如圖1所示，將電化學(xué)陰陽極功能,填料性質(zhì),氨揮發(fā)和磷沉淀機(jī)制巧妙結(jié)合。通電后，陽極電解水產(chǎn)生的氫離子腐蝕鎂質(zhì)礦物，釋放出鎂離子，陰極產(chǎn)生的氫氧根來給體系增加堿度，一方面廢水中的磷酸根，銨根與鎂離子在堿性環(huán)境下形成鳥糞石沉淀，另一方面銨根在堿性條件下轉(zhuǎn)化為氨分子被后續(xù)酸溶液吸收，從而實(shí)現(xiàn)廢水中氮和磷的去除和回收。
所述裝置如圖2所示，包括污水池1，電解池2、直流電源3和沉淀池9；
所述電解池2中陽極室和陰極室分別填充鎂質(zhì)礦物4和活性炭5，鎂質(zhì)礦物和活性炭界面相互接壤，無任何擋板和膜阻隔，將兩個(gè)電極6分別插入鎂質(zhì)礦物4和活性炭5中；
所述直流電源3為電化學(xué)系統(tǒng)供電，直流電源3通過導(dǎo)線8與電解槽2中的電極6相連接；
所述污水池1中的污水，通過污水泵7，以設(shè)定的速率從電解池底部進(jìn)水口11進(jìn)入電解池2，之后從電解池2上方排水口12流出，進(jìn)入沉淀池9；
所述沉淀池9上方裝有機(jī)械攪拌器10；
所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置，優(yōu)選的：菱鎂礦顆粒和活性炭填料粒徑約為20-40目，填充體積比為1：1。
所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置和填料，優(yōu)選的：陰極和陽極區(qū)分區(qū)填充，鎂質(zhì)礦物和活性炭界面相互接壤，無任何擋板和膜阻隔。
述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的電極，優(yōu)選的：陰極和陽極均采用鈦釕銥電極，電極浸沒于填料中。
所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的電源，優(yōu)選的：直流電源的正極和負(fù)極與電極相連接，并且可以隨時(shí)切換正負(fù)極。
所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的污水泵，優(yōu)選的：污水泵的一端連接污水池，一端連接電化學(xué)反應(yīng)的底部，可以隨時(shí)調(diào)整進(jìn)水流速。
所述的電化學(xué)反應(yīng)裝置的沉淀池，優(yōu)選的：污水泵配有機(jī)器攪拌器，且攪拌器沒入水體的深度及轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。
上述過程的關(guān)鍵在于鎂質(zhì)礦物、活性炭、電化學(xué)、填充柱的工藝結(jié)構(gòu)組合。鎂質(zhì)礦物包括但不限于菱鎂礦、氧化鎂、氫氧化鎂、蛇紋石和白云石，也可以是它們?nèi)我獗壤膹?fù)配。碳材料包括但不限于活性炭、生物炭、碳?xì)饽z顆粒等，也可以是其他摻雜改性碳材料。電極材料包括但不限于鈦釕網(wǎng)，鈦錫銻電極，二氧化鉛電極等。電極材料的形貌包括但不限于網(wǎng)狀，片狀，柱狀等。立式柱體包括但不限于圓柱體、方柱體，三角柱體等。其它關(guān)鍵工藝參數(shù)包括電流密度(電壓大小)、反應(yīng)時(shí)間(水力停留時(shí)間)、填充率、填充粒徑，攪拌速率等。
利用上述裝置從污水中回收氮磷，包括如下步驟：
1)將待處理含氮磷污水泵入電解池；
所述污水泵入速度為1-3mL/min；
所述污水pH值為3-9；
所述污水中氨氮濃度≤300mg/L；
所述污水中磷濃度≤62mg/L；
2)開啟直流電源，調(diào)節(jié)電流密度為0.21-1.6mA/cm2，
3)電解池出水進(jìn)入沉淀池，緩慢攪拌生成鳥糞石沉淀，收集固體，自然風(fēng)干可用作肥料；
經(jīng)上述方法處理，污水中氨氮、總磷的去除率分別可達(dá)到80％以上。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)如下：
1.本發(fā)明方法可以通過電化學(xué)原位產(chǎn)生酸堿，實(shí)現(xiàn)無酸堿藥劑添加，高效去除并回收廢水中的氮和磷；
2.本發(fā)明方法采用天然鎂質(zhì)礦物作為鎂源，儲(chǔ)量豐富，低廉易得；
3.本發(fā)明通過控制直流電源和蠕動(dòng)泵的參數(shù)來控制氮磷的回收效率和速率；
4.本發(fā)明可采用倒極的方式再生活性炭，再生后的活性炭可重復(fù)利用；
5.本發(fā)明方法形成的鳥糞石易于回收并可以用作農(nóng)作物的化肥，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
（發(fā)明人：趙旭;郝經(jīng)緯;曾華斌）
