CN100526238C - 电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法，将通过屎尿分离技术得到的尿液及尿液稀释液，或经过物理、化学、生物手段预处理的尿液及尿液稀释液收集起来，经潜污泵及输送管送入电解室进行电絮凝处理，通过控制工作电流、电压及电解时间，使尿液生成含磷污泥沉淀，将处理后的尿液排入城市污水管网进入污水处理厂进一步处理或排入原位生活污水处理装置进行处理，同时对电絮凝产生的含磷污泥进行资源化回收，实现对尿液的自动化处理。本发明所需设备简单，能以极低的成本去除尿液中99%以上的磷，减轻了后继污水处理厂的磷处理负荷。

Description

电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法

技术领域

本发明涉及一种电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法，具体涉及一种对尿液及其稀释液进行净化并实现磷回收的电絮凝技术处理方法。属于环境工程污水处理技术领域。

技术背景

我国目前的水污染情况已经十分严重，太湖、滇池、巢湖等流域水质已经呈富营养化，时有蓝绿藻爆发。在水体污染中，生活污水已经成为重要的污染源，如在淮河流域，生活污水占污染源的60％以上。研究表明，引起湖泊、水库等水体富营养化现象的主要原因是由于人们排入水体中的过量磷而引起的。另一方面，世界上的磷资源只可再利用50—100年，且目前的磷矿基本上为贫矿，磷资源短缺的现象将越来越严重。

屎尿分离技术是一种基于尿液和大便分别收集、分别处理理念的生活污水处理新技术，对不同特征的生活污水在源头上分别进行针对性的处理及资源化利用，同时减少了生活污水的产生量。人们所产生的尿液量占生活污水总量的1％左右，然而尿液的含磷量却占生活污水中磷总量的50％左右，因此如何对体积小、污染负荷高的尿液进行处理及资源化利用成为人们研究的热点。目前人们对尿液及其稀释液的中的磷的回收利用主要是通过农用、化学沉淀除磷这两种途径。现有的通过农用手段对尿液及其稀释液的中的磷的回收技术，因尿液的液体特性而限制了其推广，且在城镇地区应用屎尿分离技术时，对收集的尿液很难进行农用回收。现有的通过化学沉淀手段对尿液及其稀释液的中的磷的回收技术，其缺点在于需要投加化学试剂，成本比较高，操作比较麻烦，不利于实现自动化控制，且尿液的成分比较复杂，往往有一些杂质一同沉淀下来，使生成的磷化合物纯度不高。

电絮凝污水处理技术利用铁、铝等金属作为阳极，使其在电解过程中产生金属阳离子，生成絮凝体，去除污水中的污染物。如授权公开号为CN 1140464C，公开号为CN 2837295Y和CN 2486541Y的专利技术中，利用了电絮凝技术的絮凝特性去除有机污染物和重金属，但没有涉及到利用电絮凝技术净化处理污水中的磷。现有的生活污水电絮凝除磷技术，其处理对象是洗澡水、冲厕水、尿液等各种生活污水的混合液，或是用于混合生活污水生物处理之后的深度脱磷处理。由于混合污水与尿液的理化特性差别很大，尿液中的磷浓度是混合污水的上百倍，尿液的电导率是混合污水的几十倍，采用电絮凝技术处理时的工艺完全不同。现有的生活污水电絮凝除磷技术将体积只占生活污水总量1％，磷负荷却占生活污水总量50％的尿液与其他生活污水混合，之后再进行电絮凝处理，大大降低了电絮凝的效率，效果差、能耗高、费用高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法，能有效回收尿液中的磷资源并降低回收成本，有利于减轻城市生活污水处理厂的磷污染负荷，提高城市污水处理厂的处理效果。

为实现这一目的，本发明首先将通过屎尿分离技术得到的尿液及尿液稀释液，或经过物理、化学、生物手段预处理的尿液及尿液稀释液收集起来，经潜污泵及输送管送入电解室进行电絮凝处理，通过控制工作电流、电压及电解时间，使尿液生成含磷污泥沉淀，将处理后的尿液排入城市污水管网进入污水处理厂进一步处理或排入原位生活污水处理装置进行处理，同时对电絮凝产生的含磷污泥进行资源化回收，实现对尿液的自动化处理。

本发明的方法具体步骤如下：

1、将通过屎尿分离技术得到的尿液及尿液稀释液，或经过物理、化学、生物手段预处理的尿液及尿液稀释液收集起来，注入尿液储存室；在尿液储存室中设置潜污泵，储存室内壁安装高液位传感器和低液位传感器，传感器的输出信号连接控制器。

其中所述的尿液及尿液稀释液的预处理包括一切不以磷去除为主要目的的化学、物理或生物处理手段，如加酸酸化、硝化菌降解氨氮、氨氮吹脱、浓缩等预处理。

2、当尿液储存室中的尿液到达高液位时，控制器启动潜污泵，将尿液储存室中的尿液通过输送管送入电解室；当尿液储存室中的尿液到达低液位时停止输送。

3、控制器开启电解室内的电絮凝极板电源，对尿液进行电絮凝电解净化处理；极板间距离0.5cm～2cm，工作电流为30mA/cm²～50mA/cm²，工作电压为4v～11v，电解时间为5min～30min，浸入液体中的极板表面积与液体体积的数量之比为16m²∶1m³。

4、电絮凝电解净化处理后，关闭电源静置5～20min，将处理后的尿液通过排水管排入城市污水管网进入城市污水处理厂或进入原位污水处理装置作进一步处理，将电絮凝沉淀的含磷污泥收集后，进行资源化回收。

本发明所述的尿液及尿液稀释液收集方法包括：可以通过屎尿分离式厕所进行收集后，运输到指定场所统一处理；可以单独建设集尿管网，将屎尿分离式厕所产生的尿液及各种尿厕所产生的尿液及其稀释液汇总后通过管网输送到处理场所；也可以利用尿盆，尿桶等装置收集尿液后通过各种手段运输到处理场所。

本发明所述的尿液稀释液，是指由屎尿分离式抽水马桶、壁挂式尿厕所收集的稀释尿液，其稀释倍数由这些洁具的冲水量和实际的尿液量所决定。

本发明所述的电絮凝电解净化处理方式可以为直流稳流电解、直流脉冲电解、交流电解或交流脉冲电解。

本发明所述原位污水处理装置可以为人工湿地、地下渗滤污水处理装置、多箱一体化生活污水处理装置、膜生物反应器或厌氧处理装置。

电絮凝沉淀的含磷污泥收集后，可通过干化或者其它处理，可以回收作为肥料农用，或作为工业原料进行利用，或作为建筑添加料进行利用。

本发明与传统混合污水处理工艺相比的优点或创新点之处在于：

1、将体积只占混合污水约1％、而磷污染负荷占混合污水总量约50％的尿液及其稀释液与混合污水分离开来，利用电絮凝技术进行净化，同时回收尿液里的磷，以极低的成本去除尿液中99％以上的磷，并对氨氮、有机物等也有一定程度的净化作用。

2、本发明方法能够与现有传统的卫生设施、污水收集管网、污水处理厂融为一体，无需对传统的污水收集处理体系进行全部的整改，所需硬件设备简单，处理成本低廉。

3、本发明与传统污水收集处理体系整合的好处在于能够以极少的成本，大大降低混合污水中磷负荷总量，减轻了污水处理厂的磷处理负荷，保证污水处理厂在运行情况不稳定时仍然拥有良好的磷处理效果。对于那些不具备磷深度处理工艺的污水处理厂，应用本方法可以不用投入大量资金再进行工艺改造。

4、对于分散性的原位混合生活污水处理装置来说，应用本发明可以从源头上削减磷及其他污染物，可以避免尿液与大量生活污水相混合，从而克服了混合污水除磷或回收磷资源效率低、成本高等缺点。

附图说明

图1为本发明的技术流程示意图。

图1中，1为进液管，2为尿液储存室，3为控制器，4为储存室用潜污泵，5为输送管，6为电解室，7为电絮凝极板，8为电解室用潜污泵，9为排水管，10为排泥管。

具体实施方式

为更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图及实施例作进一步描述，但不构成对本发明的限定。

图1给出了实施本发明所需采用的设备以及技术流程的示意。如图1所示，收集的尿液及尿液稀释液通过进液管进入尿液储存室2，尿液储存室2内安装有高液位传感器和低液位传感器，传感器的输出信号连接控制器3，尿液储存室2中还设置潜污泵4连接控制器3。当液位到达高液位时，高液位传感器输出信号到控制器3，启动潜污泵4，将尿液及尿液稀释液通过输送管5送入电解室6。当尿液储存室2内的尿液到达低液位时，低液位传感器的输出信号到控制器3，控制潜污泵4停止工作。电解室内的电絮凝极板7由控制器3控制工作。处理后的尿液由电解室内的潜污泵8泵入排水管9后，排入城市污水管网进入城市污水处理厂或进入原位污水处理装置作进一步处理，电絮凝沉淀的含磷污泥通过排泥管10排出，收集后进行资源化回收。

以下实施例以上海某大学男生宿舍楼一层某居住12人的套间的立挂式尿厕收集的尿液为处理对象，尿液稀释约2倍，稀释尿液每日发生总量约54L，其中COD_Cr平均值为2550mgO₂/L，氨氮的平均值为2640mgN/L，总磷的平均值为200mgP/L。该稀释尿液的处理过程如下：

1、稀释尿液通过进液管1进入厕所内放置的体积为40cm×50cm×30cm大小的尿液储存室2中。

2、当储存室2内的尿液液面高度缓缓上升，达到尿液贮存室体积的90％时(54L)，接触到放置在尿液储存室内壁上部的高液位传感器，传感器的输出信号反馈到控制器3，控制尿液储存室内的潜污泵4启动，将储存室里的尿液通过输送管5输送到相邻的40cm×50cm×30cm电解室6中，当储存室2内的尿液排出后，放置在尿液储存室内壁下部的低液位传感器输出信号到控制器3，控制储存室内的潜污泵4自动关闭，停止输送尿液。此时尿液储存室2可以继续通过重力自流、人工倾倒、泵提取等方式接受尿液。

3、由控制器开启电解室6里的电絮凝极板7的电源，对尿液进行电絮凝处理。电解室中的电絮凝极板7的极板间距离为1cm，极板浸入液体中的总面积8640cm²，工作电流密度为40mA/cm²，采用恒流电源，工作电压为4.2V，电解工作时间为8min。

4、经过8min的电絮凝处理后，由控制器3控制，关闭电源静止20min，而后利用电解室潜污泵8将电絮凝处理后的尿液通过排水管9输送到厕所外的城市污水处理管网中，送入污水处理厂进行进一步的处理。排出90～95％的处理尿液后，控制器3关闭电解室潜污泵8，开启排泥管10的电磁阀，电絮凝污泥以及剩余的5～10％处理后的尿液在重力的作用下自动流到电解室下方的大小为30cm×40cm×20cm的电絮凝污泥收集箱中，自然干化，并由该校河湖环境工程技术研究中心进行回收处理。电解室的污泥排空之后，由控制器3控制将排泥管10的电磁阀关闭，等待下一个处理周期。

本实施例极板选用铁板，电絮凝工作电流密度为40mA/cm²，初始电压为4.2v，电解时间8min，此过程中电压基本不变。经过处理之后，稀释尿液中总磷的去除率为99％以上，氨氮的去除率为5％，COD的去除率为10％。去除本实施例稀释尿液中的1kg磷需要耗电为8.74千瓦时，按照上海的民用电价每度0.62元计算，其电耗成本为5.42元；去除1kg磷耗铁1.5kg，以目前市场上的废铁售价为2000元/吨计算，去除1kg磷的耗铁成本约3元；加上泵输送、人工管理等费用，回收每千克磷的成本总计为10元左右。市场磷价格为11000元/吨，故去除1kg磷，其电絮凝污泥的潜在磷回收价值就达到11元左右，加上电絮凝污泥中潜在的铁回收价值，故通过电絮凝从尿液中回收磷资源具有相当好的应用前景。从常规城市生活污水处理厂的处理经验来判断，生活污水中总磷浓度约为10mgP/L，一般生活污水处理工艺可以将出水中的磷控制在0.5mgP/L左右，所以去除1kg磷相当于处理了105吨的城市生活污水，而利用本发明方法去除稀释尿液5吨，就可以去除1kg的磷，可见本发明的优越性。

由上述分析可以看出，本发明采用电絮凝去除回收尿液中的磷具有处理效果好，价格相对比较便宜等优点，尿液电絮凝处理作为城市生活污水的前处理工艺或生活污水原位处理回用的前处理工艺，并作为磷资源回收的一种手段，具有较好的应用前景。

Claims (3)

1、一种电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将通过屎尿分离技术得到的尿液及尿液稀释液，或经过物理、化学、生物手段预处理的尿液及尿液稀释液收集起来，注入尿液储存室；在尿液储存室中设置潜污泵，储存室内壁安装高液位传感器和低液位传感器，传感器的输出信号连接控制器；

2)当尿液储存室中的尿液到达高液位时，控制器启动潜污泵，将尿液储存室中的尿液通过输送管送入电解室；当尿液储存室中的尿液到达低液位时停止输送；

3)控制器开启电解室内的电絮凝极板电源，对尿液进行电絮凝电解净化处理；极板间距离0.5cm～2cm，工作电流为30mA/cm²～50mA/cm²，工作电压为4v～11v，电解时间为5min～30min，浸入液体中的极板表面积与液体体积的数量之比为16m²：1m³；

4)电絮凝电解净化处理后，关闭电源静置5～20min，将处理后的尿液通过排水管排入城市污水管网进入城市污水处理厂或进入原位污水处理装置作进一步处理，将电絮凝沉淀的含磷污泥收集后，进行资源化回收。

2、根据权利要求1的电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法，其特征在于所述电絮凝电解净化处理方式为直流稳流电解、直流脉冲电解、交流电解或交流脉冲电解。

3、根据权利要求1的电絮凝技术净化回收尿液中磷的方法，其特征在于所述原位污水处理装置为人工湿地、地下渗滤污水处理装置、多箱一体化生活污水处理装置、膜生物反应器或厌氧处理装置。