公布日：2023.02.03
申請日：2022.10.25
分類(lèi)號：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)反應裝置，通過(guò)電化學(xué)原位產(chǎn)生酸堿，實(shí)現了無(wú)酸堿藥劑添加，實(shí)現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�；钚蕴靠刹捎谜摌O切換的方式得到凈化，可重復利用。氮磷回收的效率和速率可通過(guò)調控電流大小和進(jìn)水流速的快慢實(shí)現靈活調控。本發(fā)明工藝設備結構簡(jiǎn)單，操作性強，適用于遠郊鄉村，高速公路服務(wù)區及風(fēng)景旅游區等市政官網(wǎng)有限地區的廢水處理，可實(shí)現自動(dòng)化水處理和規�；膽�。
權利要求書(shū)
1.一種同時(shí)回收污水中氮磷的電化學(xué)反應裝置和方法，其特征在于：陽(yáng)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(lái)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(niǎo)糞石沉淀，另一方面銨根在堿性條件下轉化為氨分子后被酸溶液吸收，從而實(shí)現廢水中氮和磷的去除和回收。
2.按照權利要求1所述的電化學(xué)反應器，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(yáng)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)系統供電，直流電源(3)通過(guò)導線(xiàn)(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(guò)污水泵(7)，以設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)上方裝有機械攪拌器(10)。
3.根據權利要求2所述的電化學(xué)反應裝置，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.根據權利要求2所述的電化學(xué)反應裝置和填料，其特征在于：陰極和陽(yáng)極區分區填充，鎂質(zhì)礦物和活性炭界面相互接壤，無(wú)任何擋板和膜阻隔。
5.根據權利要求2所述的電化學(xué)反應裝置的電極，其特征在于：陰極和陽(yáng)極均采用相同的電極，包括但不限于鈦釕銥電極，電極浸沒(méi)于填料中。
6.根據權利要求2所述的電化學(xué)反應裝置的電源，其特征在于：直流電源的正極和負極與電極相連接，并且可以隨時(shí)切換正負極。
7.根據權利要求2所述的電化學(xué)反應裝置的污水泵，其特征在于：污水泵的一端連接污水池，一端連接電化學(xué)反應的底部，可以隨時(shí)調整進(jìn)水流速。
8.根據權利要求2所述的電化學(xué)反應裝置的沉淀池，其特征在于：污水泵配有機器攪拌器，且攪拌器沒(méi)入水體的深度及轉速可調節。
發(fā)明內容
發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是針對廢水中氮磷回收的技術(shù)需求，克服現有脫氮除磷技術(shù)在氮磷回收中存在鎂源成本昂貴，藥劑儲存運輸，設備操作復雜等的不足，提出一種無(wú)需酸堿藥劑、操作簡(jiǎn)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)反應裝置和方法，技術(shù)原理如圖1所示，將電化學(xué)陰陽(yáng)極功能,填料性質(zhì),氨揮發(fā)和磷沉淀機制巧妙結合。通電后，陽(yáng)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(lái)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(niǎo)糞石沉淀，另一方面銨根在堿性條件下轉化為氨分子被后續酸溶液吸收，從而實(shí)現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(yáng)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(wú)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)系統供電，直流電源3通過(guò)導線(xiàn)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(guò)污水泵7，以設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上方裝有機械攪拌器10；
所述的電化學(xué)反應裝置，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)反應裝置和填料，優(yōu)選的：陰極和陽(yáng)極區分區填充，鎂質(zhì)礦物和活性炭界面相互接壤，無(wú)任何擋板和膜阻隔。
述的電化學(xué)反應裝置的電極，優(yōu)選的：陰極和陽(yáng)極均采用鈦釕銥電極，電極浸沒(méi)于填料中。
所述的電化學(xué)反應裝置的電源，優(yōu)選的：直流電源的正極和負極與電極相連接，并且可以隨時(shí)切換正負極。
所述的電化學(xué)反應裝置的污水泵，優(yōu)選的：污水泵的一端連接污水池，一端連接電化學(xué)反應的底部，可以隨時(shí)調整進(jìn)水流速。
所述的電化學(xué)反應裝置的沉淀池，優(yōu)選的：污水泵配有機器攪拌器，且攪拌器沒(méi)入水體的深度及轉速可調節。
上述過(guò)程的關(guān)鍵在于鎂質(zhì)礦物、活性炭、電化學(xué)、填充柱的工藝結構組合。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，也可以是它們任意比例的復配。碳材料包括但不限于活性炭、生物炭、碳氣凝膠顆粒等，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)鍵工藝參數包括電流密度(電壓大小)、反應時(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(kāi)啟直流電源，調節電流密度為0.21-1.6mA/cm2，
3)電解池出水進(jìn)入沉淀池，緩慢攪拌生成鳥(niǎo)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(guò)電化學(xué)原位產(chǎn)生酸堿，實(shí)現無(wú)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，儲量豐富，低廉易得；
3.本發(fā)明通過(guò)控制直流電源和蠕動(dòng)泵的參數來(lái)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利用；
5.本發(fā)明方法形成的鳥(niǎo)糞石易于回收并可以用作農作物的化肥，具有一定的經(jīng)濟價(jià)值。
（發(fā)明人：趙旭;郝經(jīng)緯;曾華斌）
