CN109205871B - 一种源分离尿液冲洗水的电化学处理系统及其电化学处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种源分离尿液冲洗水的电化学处理系统及其电化学处理方法。该电化学处理系统包括电解池Ⅰ、电解池Ⅱ;电解池Ⅰ的多孔钛棒阳极Ⅰ置于电解池Ⅰ的不锈钢阴极管Ⅰ内,电解池Ⅱ的结构与电解池Ⅰ的结构相同;沉淀储水池通过水泵与电解池Ⅰ的进水口连接,电解池Ⅰ的阳极出水口通过镁源反应器Ⅰ返回沉淀储水池,电解池Ⅰ的阴极出水口与电解池Ⅱ的进水口连接,电解池Ⅱ的阳极出水口通过镁源反应器Ⅱ返回沉淀储水池,电解池Ⅱ的阴极出水口返回沉淀储水池。本发明基于尿液中含有大量氮磷资源的营养性,从资源回收再利用、节能的角度出发,以解决源分离尿液清洗水氮磷资源的分离利用和水的循环利用为根本目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种源分离尿液冲洗水的电化学处理系统及其电化学处理方法。
背景技术
自20世纪末以来,瑞典、德国、瑞士等国学者相继提出了从源头上将生活污水进行分类收集和处理的相关技术,其中源分离技术在生态厕所的应用中大力推广。但是,目前的源分离生态厕所排水系统推广所面临的一个重大难题就在于进行源分离之后,所收集的大量含高浓度氮磷的尿液冲洗水还不能得到有效的贮存、处理和利用,而且可能会成为二次污染物,使得源分离生态厕所排水系统的优越性也得不到体现。因此,研究开发源分离尿液冲洗水的处理技术,打破源分离生态厕所推广应用的瓶颈,具有非常重要的意义。目前,常用的方法是通过将分离的尿液贮存、添加化学药剂等方式实现尿液的稳定化后再采用生物降解或化学氧化等方法将其处理。此类方法对于机场、高速公路服务区等场所的卫生间产生的离散型尿液冲洗水的处理存在着运输难、滞留等一系列问题。而随着国内供需加大,黄金周旅游季的人流增加,机场、铁路、高速公路服务区等公共设施的卫生状况面临极大的压力,尤其是卫生间的排水系统和用水需求。因此,开发实用、便捷、有效的尿液冲洗水处理技术将会受到极大的关注,研发的技术产品也将会有广泛的市场前景。
发明内容
本发明以多孔钛棒作为阳极、不锈钢管作为阴极,通过外电压电解使尿液冲洗水中阴阳离子在电场下移动,利用外加镁源在电解条件下形成的具有酸碱效应电极水中发生化学沉淀反应,从而实现氮、磷元素以磷酸铵镁(鸟粪石)的形式回收,同时,利用电解反应的氧化性将水中细菌类物质去除,进而实现冲洗水的循环功能。
本发明提供了一种源分离尿液冲洗水的电化学处理系统,所述电化学处理系统包括沉淀储水池、电解池Ⅰ、镁源反应器Ⅰ、电解池Ⅱ、镁源反应器Ⅱ;所述电解池Ⅰ包括多孔钛棒阳极Ⅰ、不锈钢阴极管Ⅰ;所述多孔钛棒阳极Ⅰ置于不锈钢阴极管Ⅰ内,所述不锈钢阴极管Ⅰ的底部设有进水口,所述不锈钢阴极管Ⅰ的顶部设有阴极出水口,所述多孔钛棒阳极Ⅰ的顶部设有阳极出水口;所述电解池Ⅱ包括多孔钛棒阳极Ⅱ、不锈钢阴极管Ⅱ;所述多孔钛棒阳极Ⅱ置于不锈钢阴极管Ⅱ内,所述不锈钢阴极管Ⅱ的底部设有进水口,所述不锈钢阴极管Ⅱ的顶部设有阴极出水口,所述多孔钛棒阳极Ⅱ的顶部设有阳极出水口;所述沉淀储水池通过水泵与电解池Ⅰ的进水口连接,所述电解池Ⅰ的阳极出水口通过镁源反应器Ⅰ返回沉淀储水池,所述电解池Ⅰ的阴极出水口与电解池Ⅱ的进水口连接,所述电解池Ⅱ的阳极出水口通过镁源反应器Ⅱ返回沉淀储水池,所述电解池Ⅱ的阴极出水口返回沉淀储水池。
本发明优选为所述多孔钛棒阳极Ⅰ与电源的正极连接,所述不锈钢阴极管Ⅰ与电源的负极连接。
本发明优选为所述多孔钛棒阳极Ⅱ与电源的正极连接,所述不锈钢阴极管Ⅱ与电源的负极连接。
本发明优选为所述沉淀储水池的底部设有沉淀出口,所述沉淀储水池的顶部设有上清液溢流口。
本发明优选为所述电解池Ⅰ的阴极出水口与电解池Ⅱ的进水口之间设有阀门Ⅰ。
本发明优选为所述镁源反应器Ⅰ与沉淀储水池之间设有阀门Ⅱ。
本发明优选为所述电解池Ⅱ的阴极出水口与沉淀储水池之间设有阀门Ⅲ。
本发明优选为所述镁源反应器Ⅱ与沉淀储水池之间设有阀门Ⅳ。
本发明另一目的为提供一种上述系统源分离尿液冲洗水的电化学处理方法,所述电化学处理方法包括如下步骤:①利用水泵将尿液冲洗水泵入电化学处理系统内进行循环处理;②在循环处理的过程中,得到的沉淀由沉淀储水池的沉淀出口排出,得到的上清液由沉淀储水池的上清液溢流口排出。
本发明优选为通过所述阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ和阀门Ⅳ控制电化学处理系统内液体的流速。
本发明的工艺原理为:
阳极反应
2Cl-→Cl2+2e- (1)
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- (2)
HOCl→H++OCl- (3)
NH2CONH2+3ClO-→N2+CO2+3Cl-+2H2O (4)
在电化学过程中,尿液冲洗水中的阴离子会向阳极迁移,在阳极区发生化学反应。其中Cl-可以形成氯气,进而形成次氯酸产生杀菌效应,在整个系统中会对细菌微生物起到脱除的作用,保障回用冲洗水的安全性。同时,尿液冲洗水中的尿素类氨也可以被氧化形成氮气逸出,减少水中氮含量。而阳极区形成的偏酸性出水会与后置的镁源发生反应:
Mg+H+→Mg2++H2 (5)
为阴极区形成MgNH4PO4提供沉淀离子。
阴极反应
2H2O+2e→H2+2OH- (6)
Mg2++NH4 ++PO4 3-→MgNH4PO4↓ (7)
阴极区在阴极上释放氢气时形成了阴极区弱碱性的环境,当从阳极区循环回来的冲洗水中带入Mg2+时,更利于MgNH4PO4沉淀的形成。
本发明有益效果为:
本发明基于尿液中含有大量氮磷资源的营养性,从资源回收再利用、节能的角度出发,以解决源分离尿液清洗水氮磷资源的分离利用和水的循环利用为根本目的。
附图说明
本发明附图3幅,
图1为实施例1所述源分离尿液冲洗水的电化学处理系统的结构示意图;
图2为尿液冲洗水处理前后菌落的对比图;
图3为沉淀的SEM图;
其中,
1、沉淀储水池,2、水泵,3、电解池Ⅰ,31、多孔钛棒阳极Ⅰ,32、不锈钢阴极管Ⅰ,4、镁源反应器Ⅰ,5、阀门Ⅱ,6、阀门Ⅰ,7、电解池Ⅱ,71、多孔钛棒阳极Ⅱ,72、不锈钢阴极管Ⅱ,8、镁源反应器Ⅱ,9、阀门Ⅳ,10、阀门Ⅲ;
a、阳极出水,b、阴极出水,c、原水。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种源分离尿液冲洗水的电化学处理系统,所述电化学处理系统包括沉淀储水池1、电解池Ⅰ3、镁源反应器Ⅰ4、电解池Ⅱ7、镁源反应器Ⅱ8;
所述沉淀储水池1的底部设有沉淀出口,所述沉淀储水池1的顶部设有上清液溢流口;
所述电解池Ⅰ3包括与电源正极连接的多孔钛棒阳极Ⅰ31、与电源负极连接的不锈钢阴极管Ⅰ32;所述多孔钛棒阳极Ⅰ31置于不锈钢阴极管Ⅰ32内,所述不锈钢阴极管Ⅰ32的底部设有进水口,所述不锈钢阴极管Ⅰ32的顶部设有阴极出水口,所述多孔钛棒阳极Ⅰ31的顶部设有阳极出水口;
所述电解池Ⅱ7包括与电源正极连接的多孔钛棒阳极Ⅱ71、与电源负极连接的不锈钢阴极管Ⅱ72;所述多孔钛棒阳极Ⅱ71置于不锈钢阴极管Ⅱ72内,所述不锈钢阴极管Ⅱ72的底部设有进水口,所述不锈钢阴极管Ⅱ72的顶部设有阴极出水口,所述多孔钛棒阳极Ⅱ71的顶部设有阳极出水口;
所述沉淀储水池1通过水泵2与电解池Ⅰ3的进水口连接,所述电解池Ⅰ3的阳极出水口依次通过镁源反应器Ⅰ4、阀门Ⅱ5返回沉淀储水池1,所述电解池Ⅰ3的阴极出水口通过阀门Ⅰ6与电解池Ⅱ7的进水口连接,所述电解池Ⅱ7的阳极出水口依次通过镁源反应器Ⅱ8、阀门Ⅳ9返回沉淀储水池1,所述电解池Ⅱ8的阴极出水口通过阀门Ⅲ10返回沉淀储水池1。
实施例2
一种利用实施例1所述系统源分离尿液冲洗水的电化学处理方法,所述电化学处理方法包括如下步骤:
通过直流电源控制电压为12-24V,利用水泵2将尿液冲洗水泵入电化学处理系统内进行循环处理,控制阀门Ⅰ6来控制电化学处理系统内液体的流速,控制阀门Ⅱ5使镁源反应器Ⅰ4的流出液返回沉淀储水池1用于杀菌消毒,控制阀门Ⅲ10使电解池Ⅱ7的阴极出水口的流出液与控制阀门Ⅳ9使镁源反应器Ⅱ8的流出液汇合后返回沉淀储水池1;
上述尿液的成分见表1;
表1尿液成分
②在循环处理的过程中,得到的沉淀由沉淀储水池1的沉淀出口排出,得到的上清液由沉淀储水池1的上清液溢流口排出;
上述沉淀的EDS数据见表2。
表2沉淀的EDS数据
Claims (6)
1.一种源分离尿液冲洗水的电化学处理系统,其特征在于:所述电化学处理系统包括沉淀储水池、电解池Ⅰ、镁源反应器Ⅰ、电解池Ⅱ、镁源反应器Ⅱ;
所述电解池Ⅰ包括多孔钛棒阳极Ⅰ、不锈钢阴极管Ⅰ;
所述多孔钛棒阳极Ⅰ置于不锈钢阴极管Ⅰ内,所述不锈钢阴极管Ⅰ的底部设有进水口,所述不锈钢阴极管Ⅰ的顶部设有阴极出水口,所述多孔钛棒阳极Ⅰ的顶部设有阳极出水口;
所述电解池Ⅱ包括多孔钛棒阳极Ⅱ、不锈钢阴极管Ⅱ;
所述多孔钛棒阳极Ⅱ置于不锈钢阴极管Ⅱ内,所述不锈钢阴极管Ⅱ的底部设有进水口,所述不锈钢阴极管Ⅱ的顶部设有阴极出水口,所述多孔钛棒阳极Ⅱ的顶部设有阳极出水口;
所述沉淀储水池通过水泵与电解池Ⅰ的进水口连接,所述电解池Ⅰ的阳极出水口通过镁源反应器Ⅰ返回沉淀储水池,所述电解池Ⅰ的阴极出水口与电解池Ⅱ的进水口连接,所述电解池Ⅱ的阳极出水口通过镁源反应器Ⅱ返回沉淀储水池,所述电解池Ⅱ的阴极出水口返回沉淀储水池;
所述电解池Ⅰ的阴极出水口与电解池Ⅱ的进水口之间设有阀门Ⅰ;
所述镁源反应器Ⅰ与沉淀储水池之间设有阀门Ⅱ;
所述电解池Ⅱ的阴极出水口与沉淀储水池之间设有阀门Ⅲ;
所述镁源反应器Ⅱ与沉淀储水池之间设有阀门Ⅳ。
2.根据权利要求1所述源分离尿液冲洗水的电化学处理系统,其特征在于:所述多孔钛棒阳极Ⅰ与电源的正极连接,所述不锈钢阴极管Ⅰ与电源的负极连接。
3.根据权利要求2所述源分离尿液冲洗水的电化学处理系统,其特征在于:所述多孔钛棒阳极Ⅱ与电源的正极连接,所述不锈钢阴极管Ⅱ与电源的负极连接。
4.根据权利要求3所述源分离尿液冲洗水的电化学处理系统,其特征在于:所述沉淀储水池的底部设有沉淀出口,所述沉淀储水池的顶部设有上清液溢流口。
5.一种利用权利要求1、2、3或4所述系统源分离尿液冲洗水的电化学处理方法,其特征在于:所述电化学处理方法包括如下步骤:
①利用水泵将尿液冲洗水泵入电化学处理系统内进行循环处理;
②在循环处理的过程中,得到的沉淀由沉淀储水池的沉淀出口排出,得到的上清液由沉淀储水池的上清液溢流口排出。
6.根据权利要求5所述的电化学处理方法,其特征在于:通过所述阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ和阀门Ⅳ控制电化学处理系统内液体的流速。
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