CN110357219B - 一种高效氮磷回收电化学反应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效的氮磷回收电化学反应系统，属于环境工程水处理领域。包括预处理单元、进料箱、提升泵、电解反应池、鸟粪石沉淀池和储液池；阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒相互平行呈错落状态且互相不接触，电极垂直于料液的流向；阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于电解反应池的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小。本发明采用电化学技术方法处理含磷氨废水，整个系统可实现一体化自动运行操作，具有节能、高效、运行成本低及操作简单等优点。

Description

一种高效氮磷回收电化学反应系统
技术领域
本发明属于环境工程水处理领域，特别涉及一种高效的氮磷回收电化学反应系统。适用于磷化工、畜禽养殖等类型废水的资源化回收氮磷的装置。
背景技术
当排入水体的氮、磷及有机物等污染物超过其容纳能力时，受纳水体就会发生富营养化或者变黑发臭，使得水体中藻类等水生生物过度生长，进而导致受纳水体失去相应功能。尤其是其中的磷是一种单向流动、日益匮乏的不可再生资源。据预测全球可供开采的磷矿资源只能维持100年左右。而自然界中的磷经使用后最终约80％随污水排放。因此，随着社会的发展和生活的提高，人们对磷资源的需求会进一步加大，污水回收不可再生资源磷的任务势在必行，目前多个国家已对污水磷回收开始投入性生产，其中实现磷资源的最大回收，同时可以获得环境效益和经济效益已成为当前研究广泛关注和研究的热点。
我国是磷化工和农业大国，磷化工行业污染很严重，生产废水中具有高含量磷、氟、氨氮等，对环境具有强烈的破坏性。而畜禽养殖过程中产生的大量的粪便和废水，其中养猪场产生的废水最大，一个万头养猪场一年会产生粪尿等排泄量3万吨，其中1.3万吨粪，1.7万吨尿。且养殖废水具有典型的高氨氮、高磷的特征。其中，以电化学磷酸铵镁沉淀法(简称MAP法或鸟粪石法)处理含磷氨废水主要是通过电解反应，阳极部分镁被腐蚀氧化释放大量的镁离子，阴极部分电解水释放大量的氢氧根离子使阴极附近的pH升高，从而达到为反应提供镁离子以及调节pH的目的。而利用该方法回收氮磷，不仅可以减少进入水环境的氮、磷量，而且可以实现氨氮和磷酸根离子的资源化回收利用，同时相对于其它技术方法(如药剂法等)不需要额外使用药剂调pH。电化学鸟粪石法回收氮磷操作简单，其基本反应原理如下所示：
阳极反应：Mg-2e-→Mg2+
阴极反应：2e-+2H2O→H2+2OH-
总反应：Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
现有技术存在电化学反应系统存在电能供应的问题，电解反应不充分，以及鸟粪石沉淀形成不高效等技术问题。且基于2018年生态环境部和发展改革委两部门印发的《长江保护修复攻坚战行动计划》的总体要求，深入贯彻并实施“推进三磷综合整治”、“持续改善农村人居环境，遏制农业面源污染”的主要任务，着力提升粪污处理设施装备配套率，在2020年年底前，所有规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到95％以上，生猪等畜牧大县整县实现畜禽粪污资源化利用。因此，研发一套资源化回收氮磷的设备显得尤为重要。
发明内容
本发明解决了现有技术中鸟粪石生成速率不快、鸟粪石结晶沉淀不充分，且电化学反应资源化回收氮磷需要提供电能的技术问题。本发明提供了一种高效的氮磷回收电化学反应系统，阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒垂直于料液的流向，且阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于阳极插入固定管和阴极插入固定管的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小。其目的在于针对含氮磷废水，利用电化学电解技术，电解金属镁合金棒产生的镁离子与废水中含有的氨氮、磷能充分反应，回收氮磷的同时产生具有高附加值的鸟粪石，并通过采用风光互补发电系统提供电能，集成于绿色、清洁、高效、装置有序紧密连接的一体化反应器内，由此解决了常规利用鸟粪石沉淀法回收氮磷过程中鸟粪石生成速率不快、鸟粪石结晶沉淀不充分，且电化学电解需要耗能的技术问题。
根据本发明的目的，提供了一种高效氮磷回收电化学反应系统，包括预处理单元、进料箱、提升泵、电解反应池、鸟粪石沉淀池和储液池；
所述预处理单元通过管道与第一阀门连接，所述第一阀门通过管道与进料箱连接，所述预处理单元用于将料液通过第一阀门输送至进料箱中；
所述提升泵通过管道与第二阀门连接，所述第二阀门通过管道与电解反应池连接，所述提升泵用于将进料箱中的料液通过第二阀门泵入电解反应池中；
所述电解反应池的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管；所述电解反应池的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管；所述阳极插入固定管用于从电解反应池一侧外壁向电解反应池内插入阳极镁合金棒，并用于固定阳极镁合金棒，使阳极镁合金棒至少有部分暴露在阳极插入固定管外部；所述阴极插入固定管用于从电解反应池相对一侧外壁向电解反应池内插入阴极不锈钢棒，并用于固定阴极不锈钢棒，使阴极不锈钢棒至少有部分暴露在阴极插入固定管外部；所述阳极插入固定管和阴极插入固定管的管口均与密封圈连接，所述密封圈用于使阳极插入固定管和阴极插入固定管密封，防止电解反应池中的电解液流出；所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于阳极插入固定管和阴极插入固定管的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小；
所述各个阳极镁合金棒暴露在阳极插入固定管外部的部分依次缠绕在第一导线上，所述各个阴极不锈钢棒暴露在阴极插入固定管外部的部分依次缠绕在第二导线上，所述第一导线和第二导线分别与电源的正极和负极连接；所述电源位于电解反应池的外部，用于提供阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒电解所需的电能；
所述电解反应池通过管道与第三阀门连接，所述电解反应池用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口排出；
所述储液池环绕鸟粪石沉淀池外周；所述储液池用于收集鸟粪石沉淀池内溢流出来的上清液并通过出水管排出。
优选地，所述鸟粪石沉淀池圆柱内部与锥形底部的交界处部连接有滤网；所述滤网上的滤孔直径为0.1mm-1mm；
优选地，所述滤网为不锈钢网或滤布。
优选地，还包括配电箱和风光互补发电系统；所述提升泵和电源的电源输入口与配电箱连接，所述配电箱与风光互补发电系统连接，所述风光互补发电系统用于为氮磷回收电化学反应系统提供电能，所述配电箱用于将风光互补发电系统输入的直流电转化成交流电，并将所述交流电输送给提升泵和电源。
优选地，所述储液池的上端面高于鸟粪石沉淀池的上端面。
优选地，所述提升泵与电解反应池之间的管道上连接有流量计，所述流量计用于控制进入电解反应池中的料液的流速。
优选地，所述阳极镁合金棒为镁铝合金、镁钛合金或镁锰合金，所述阴极不锈钢棒为镀铬不锈钢棒或镀镍不锈钢棒。
优选地，所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的形状为圆柱状，横截面的直径为2mm-4mm，长度为600mm-800mm。
优选地，所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒分别大于等于30个。
优选地，所述的预处理单元、进料箱、电解反应池、阳极插入固定管、阴极插入固定管和鸟粪石沉淀池的材料均为聚丙烯塑料。
优选地，所述阳极镁合金棒依次通过螺丝、垫片和密封圈与阳极插入固定管固定并密封连接，所述阴极不锈钢棒通过螺丝、垫片和密封圈与阴极插入固定管固定并密封连接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路，阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒垂直于料液的流向；阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于阳极插入固定管和阴极插入固定管的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小。如此，料液能与镁合金棒被电解释放出的镁离子充分反应，形成鸟粪石沉淀。
(2)电解反应池中阴阳两极棒的设置，不仅可根据进料液氮磷浓度的不同，自由调节阴阳两极棒的数量；而且可一定程度上调节进料液在电解反应池中的流速，使得鸟粪石电解反应更充分。
(3)本发明中的预处理单元采用以微滤为主体，在预处理单元内放入填料等过滤吸附物质对进水原液进行预处理，通过填料的过滤吸附去除料液中的些许有机物、悬浮物质、色度和浊度等，可有助于提高生成的鸟粪石的纯度。
(4)本发明装置配有独立的风光互补发电系统，为整个系统提供电能，解决了电解反应和提升泵需要耗电的问题，清洁环保的同时降低了运行成本。
(5)本发明电解反应池和鸟粪石沉淀池的独立设置，可将在电解反应池中形成的鸟粪石絮状物全部排入鸟粪石沉淀池中进行固液分离。一方面，有助于提高鸟粪石生成数量的高效性；另一方面，在鸟粪石沉淀池溢流进入储液池的上清液可直接达标排放。
(6)本发明优选地在鸟粪石沉淀池内设置有滤网，不仅可截留小颗粒的鸟粪石晶体，阻止了细微颗粒的鸟粪石随水流失，使鸟粪石的回收产率增加，而且也为鸟粪石的形成提供了结晶种，有利于形成更多数量的鸟粪石。此滤网可自由从沉淀区内取出，待附着的鸟粪石晶体干燥后，可使用刮刷刮掉获得，操作方便。
(7)本发明装置设置独立的电解反应池，通过电解镁合金棒，不仅解决了无需额外添加药剂调pH的问题，而且又能释放足够的二价镁离子供鸟粪石沉淀。本发明装置的电解反应池和鸟粪石沉淀池分别独立设置，有利于控制鸟粪石形成的过饱和度和提高形成的鸟粪石晶体的纯度。
(8)本发明装置可实现形成一体化，且系统装置可自动化操作，可自行根据处理量进行调节，运行成本低，操作简单。
附图说明
图1为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统的正面剖视图。
图2为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池的俯视图。
图3为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池侧壁图。
图4为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的鸟粪石沉淀池的俯视图。
图5为实施例中回收的鸟粪石的SEM-EDS图
图6为实施例中回收的鸟粪石的XRD图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-预处理单元；2-进料箱；3-提升泵；4-电解反应池；5-鸟粪石沉淀池；6-储液池；7-配电箱；8-风光互补发电系统；9-第一阀门；10-第二阀门；11-阳极插入固定管；12-阴极插入固定管；13-阳极镁合金棒；14-阴极不锈钢棒；15-密封圈；16-第一导线；17-第二导线；18-电源；19-第三阀门；20-鸟粪石出口；21-出水管；22-滤网；23-流量计；24-螺丝；25-垫片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
图1为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统的正面剖视图。图2为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池的俯视图。本发明一种高效氮磷回收电化学反应系统，包括预处理单元1、进料箱2、提升泵3、电解反应池4、鸟粪石沉淀池5和储液池6；
所述预处理单元1通过管道与第一阀门9连接，所述第一阀门9通过管道与进料箱2连接，所述预处理单元1用于将料液通过第一阀门9输送至进料箱2中；所述预处理单元1，采用以微滤单元为主体，在预处理单元1内放入填料等过滤吸附物质对进料废水进行预处理，预处理后的原液通过第一阀门9进入进料箱2；
所述提升泵3通过管道与第二阀门10连接，所述第二阀门10通过管道与电解反应池4连接，所述提升泵3用于将进料箱2中的料液通过第二阀门10泵入电解反应池4中；
所述电解反应池4的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管11；所述电解反应池4的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管12；所述阳极插入固定管11用于从电解反应池4一侧外壁向电解反应池4内插入阳极镁合金棒13，并用于固定阳极镁合金棒13，使阳极镁合金棒13至少有部分暴露在阳极插入固定管11外部；所述阴极插入固定管12用于从电解反应池4相对一侧外壁向电解反应池4内插入阴极不锈钢棒14，并用于固定阴极不锈钢棒14，使阴极不锈钢棒14至少有部分暴露在阴极插入固定管12外部；所述阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的管口均与密封圈15连接，所述密封圈15用于使阳极插入固定管11和阴极插入固定管12密封，防止电解反应池4中的电解液流出；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒13位于电解反应池4内部的长度加上阴极不锈钢棒14位于电解反应池4内部的长度大于阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的阻拦而减小；
图3为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池侧壁图。所述各个阳极镁合金棒13暴露在阳极插入固定管11外部的部分依次缠绕在第一导线16上，所述各个阴极不锈钢棒14暴露在阴极插入固定管12外部的部分依次缠绕在第二导线17上，所述第一导线16和第二导线17分别与电源18的正极和负极连接；所述电源18位于电解反应池4的外部，用于提供阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14电解所需的电能；
图4为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的鸟粪石沉淀池的俯视图。所述电解反应池4通过管道与第三阀门19连接，所述电解反应池4用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池5中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池5为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口20排出；
所述储液池6环绕鸟粪石沉淀池5外周；所述储液池6用于收集鸟粪石沉淀池5内溢流出来的上清液并通过出水管21排出。
实施例2
本发明一种高效氮磷回收电化学反应系统，包括预处理单元1、进料箱2、提升泵3、电解反应池4、鸟粪石沉淀池5、储液池6、配电箱7和风光互补发电系统8；
所述预处理单元1通过管道与第一阀门9连接，所述第一阀门9通过管道与进料箱2连接，所述预处理单元1用于将料液通过第一阀门9输送至进料箱2中；所述预处理单元1，采用以微滤单元为主体，在预处理单元1内放入填料等过滤吸附物质对进料废水进行预处理，预处理后的原液通过第一阀门9进入进料箱2；
所述提升泵3通过管道与第二阀门10连接，所述第二阀门10通过管道与电解反应池4连接，所述提升泵3用于将进料箱2中的料液通过第二阀门10泵入电解反应池4中；
所述电解反应池4的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管11；所述电解反应池4的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管12；所述阳极插入固定管11用于从电解反应池4一侧外壁向电解反应池4内插入阳极镁合金棒13，并用于固定阳极镁合金棒13，使阳极镁合金棒13至少有部分暴露在阳极插入固定管11外部；所述阴极插入固定管12用于从电解反应池4相对一侧外壁向电解反应池4内插入阴极不锈钢棒14，并用于固定阴极不锈钢棒14，使阴极不锈钢棒14至少有部分暴露在阴极插入固定管12外部；所述阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的管口均与密封圈15连接，所述密封圈15用于使阳极插入固定管11和阴极插入固定管12密封，防止电解反应池4中的电解液流出；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒13位于电解反应池4内部的长度加上阴极不锈钢棒14位于电解反应池4内部的长度大于阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的阻拦而减小；
图3为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池侧壁图。所述各个阳极镁合金棒13暴露在阳极插入固定管11外部的部分依次缠绕在第一导线16上，所述各个阴极不锈钢棒14暴露在阴极插入固定管12外部的部分依次缠绕在第二导线17上，所述第一导线16和第二导线17分别与电源18的正极和负极连接；所述电源18位于电解反应池4的外部，用于提供阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14电解所需的电能；
图4为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的鸟粪石沉淀池的俯视图。所述电解反应池4通过管道与第三阀门19连接，所述电解反应池4用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池5中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池5为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口20排出；
所述储液池6环绕鸟粪石沉淀池5外周，且储液池6的上端面高于鸟粪石沉淀池5的上端面；所述储液池6用于收集鸟粪石沉淀池5内溢流出来的上清液并通过出水管21排出；
所述提升泵3和电源18的电源输入口与配电箱7连接，所述配电箱7与风光互补发电系统8连接，所述风光互补发电系统8用于为氮磷回收电化学反应系统提供电能，所述配电箱7用于将风光互补发电系统8输入的直流电转化成交流电，并将所述交流电输送给提升泵3和电源18。
所述鸟粪石沉淀池5圆柱内部与锥形底部的交界处部连接有滤网22，所述滤网22为不锈钢网或滤布，所述滤网22上的滤孔直径为0.1mm。
所述阳极镁合金棒13为镁铝合金，所述阴极不锈钢棒14为镀铬不锈钢棒。所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的形状为圆柱状，横截面的直径为2mm，长度为600mm。
实施例3
本发明一种高效氮磷回收电化学反应系统，包括预处理单元1、进料箱2、提升泵3、电解反应池4、鸟粪石沉淀池5、储液池6、配电箱7和风光互补发电系统8；
所述预处理单元1通过管道与第一阀门9连接，所述第一阀门9通过管道与进料箱2连接，所述预处理单元1用于将料液通过第一阀门9输送至进料箱2中；所述预处理单元1，采用以微滤单元为主体，在预处理单元1内放入填料等过滤吸附物质对进料废水进行预处理，预处理后的原液通过第一阀门9进入进料箱2；
所述提升泵3通过管道与第二阀门10连接，所述第二阀门10通过管道与电解反应池4连接，所述提升泵3用于将进料箱2中的料液通过第二阀门10泵入电解反应池4中；
所述电解反应池4的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管11；所述电解反应池4的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管12；所述阳极插入固定管11用于从电解反应池4一侧外壁向电解反应池4内插入阳极镁合金棒13，并用于固定阳极镁合金棒13，使阳极镁合金棒13至少有部分暴露在阳极插入固定管11外部；所述阴极插入固定管12用于从电解反应池4相对一侧外壁向电解反应池4内插入阴极不锈钢棒14，并用于固定阴极不锈钢棒14，使阴极不锈钢棒14至少有部分暴露在阴极插入固定管12外部；所述阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的管口均与密封圈15连接，所述密封圈15用于使阳极插入固定管11和阴极插入固定管12密封，防止电解反应池4中的电解液流出；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒13位于电解反应池4内部的长度加上阴极不锈钢棒14位于电解反应池4内部的长度大于阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的阻拦而减小；
图3为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池侧壁图。所述各个阳极镁合金棒13暴露在阳极插入固定管11外部的部分依次缠绕在第一导线16上，所述各个阴极不锈钢棒14暴露在阴极插入固定管12外部的部分依次缠绕在第二导线17上，所述第一导线16和第二导线17分别与电源18的正极和负极连接；所述电源18位于电解反应池4的外部，用于提供阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14电解所需的电能；
图4为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的鸟粪石沉淀池的俯视图。所述电解反应池4通过管道与第三阀门19连接，所述电解反应池4用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池5中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池5为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口20排出；
所述储液池6环绕鸟粪石沉淀池5外周，且储液池6的上端面高于鸟粪石沉淀池5的上端面；所述储液池6用于收集鸟粪石沉淀池5内溢流出来的上清液并通过出水管21排出；
所述提升泵3和电源18的电源输入口与配电箱7连接，所述配电箱7与风光互补发电系统8连接，所述风光互补发电系统8用于为氮磷回收电化学反应系统提供电能，所述配电箱7用于将风光互补发电系统8输入的直流电转化成交流电，并将所述交流电输送给提升泵3和电源18。
所述鸟粪石沉淀池5圆柱内部与锥形底部的交界处部连接有滤网22，所述滤网22为不锈钢网或滤布，所述滤网22上的滤孔直径为0.5mm。
所述阳极镁合金棒13为镁钛合金，所述阴极不锈钢棒14为镀镍不锈钢棒，所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的形状为圆柱状，横截面的直径为3mm，长度为700mm，所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14分别等于30个，阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的个数依据料液中氮磷离子的浓度而定。
实施例4
本发明一种高效氮磷回收电化学反应系统，包括预处理单元1、进料箱2、提升泵3、电解反应池4、鸟粪石沉淀池5、储液池6、配电箱7和风光互补发电系统8；
所述预处理单元1通过管道与第一阀门9连接，所述第一阀门9通过管道与进料箱2连接，所述预处理单元1用于将料液通过第一阀门9输送至进料箱2中；所述预处理单元1，采用以微滤单元为主体，在预处理单元1内放入填料等过滤吸附物质对进料废水进行预处理，预处理后的原液通过第一阀门9进入进料箱2；
所述提升泵3通过管道与第二阀门10连接，所述第二阀门10通过管道与电解反应池4连接，所述提升泵3用于将进料箱2中的料液通过第二阀门10泵入电解反应池4中；
所述电解反应池4的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管11；所述电解反应池4的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管12；所述阳极插入固定管11用于从电解反应池4一侧外壁向电解反应池4内插入阳极镁合金棒13，并用于固定阳极镁合金棒13，使阳极镁合金棒13至少有部分暴露在阳极插入固定管11外部；所述阴极插入固定管12用于从电解反应池4相对一侧外壁向电解反应池4内插入阴极不锈钢棒14，并用于固定阴极不锈钢棒14，使阴极不锈钢棒14至少有部分暴露在阴极插入固定管12外部；所述阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的管口均与密封圈15连接，所述密封圈15用于使阳极插入固定管11和阴极插入固定管12密封，防止电解反应池4中的电解液流出；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒13位于电解反应池4内部的长度加上阴极不锈钢棒14位于电解反应池4内部的长度大于阳极插入固定管11和阴极插入固定管12的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的阻拦而减小；
图3为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的电解反应池侧壁图。所述各个阳极镁合金棒13暴露在阳极插入固定管11外部的部分依次缠绕在第一导线16上，所述各个阴极不锈钢棒14暴露在阴极插入固定管12外部的部分依次缠绕在第二导线17上，所述第一导线16和第二导线17分别与电源18的正极和负极连接；所述电源18位于电解反应池4的外部，用于提供阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14电解所需的电能；
图4为本发明一种高效的氮磷回收电化学反应系统中的鸟粪石沉淀池的俯视图。所述电解反应池4通过管道与第三阀门19连接，所述电解反应池4用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池5中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池5为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口20排出；
所述储液池6环绕鸟粪石沉淀池5外周，且储液池6的上端面高于鸟粪石沉淀池5的上端面；所述储液池6用于收集鸟粪石沉淀池5内溢流出来的上清液并通过出水管21排出；
所述提升泵3和电源18的电源输入口与配电箱7连接，所述配电箱7与风光互补发电系统8连接，所述风光互补发电系统8用于为氮磷回收电化学反应系统提供电能，所述配电箱7用于将风光互补发电系统8输入的直流电转化成交流电，并将所述交流电输送给提升泵3和电源18。
所述鸟粪石沉淀池5圆柱内部与锥形底部的交界处部连接有滤网22，所述滤网22为不锈钢网或滤布，所述滤网22上的滤孔直径为1mm。
所述阳极镁合金棒13为镁钛合金，所述阴极不锈钢棒14为镀镍不锈钢棒，所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的形状为圆柱状，横截面的直径为4mm，长度为800mm，所述阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14分别等于40个。
所述提升泵3与电解反应池4之间的管道上连接有流量计23，所述流量计23用于控制进入电解反应池4中的料液的流速，将进料箱2中的料液定量定向的通过管道泵入电解反应池4中。
所述的预处理单元1、进料箱2、电解反应池4、阳极插入固定管11、阴极插入固定管12和鸟粪石沉淀池5的材料均为聚丙烯塑料。
所述阳极镁合金棒13依次通过螺丝24、垫片25和密封圈15与阳极插入固定管11固定并密封连接，所述阴极不锈钢棒14通过螺丝24、垫片25和密封圈15与阴极插入固定管12固定并密封连接。
实施例5
在该实施例中，我们以某养猪厂畜禽养殖废水化粪池上清液为例，此废水的水质特点为：COD(化学需氧量)浓度为5000mg/L，氨氮的浓度为1200mg/L，总磷的浓度为600mg/L。整个系统反应器的流量设置为1.4m3/h，电压设置为2V。上清液污水首先进入预处理单元1，通过填料的过滤吸附去除废水中的些许有机物、悬浮物质、色度和浊度等，处理后的原液在预处理单元1放置并沉淀一段时间后，随后被提升泵3泵入电解反应池4中，电解反应池4高为700mm，长为1500mm，宽为1000mm，总体积约为1m3，阳极镁合金棒13和阴极不锈钢棒14的数量共为75根，阳极镁合金棒13为镁铝合金，通过施加的电压，阳极镁合金棒13被腐蚀氧化释放大量的镁离子，与原液废水中的磷、氨反应，形成鸟粪石，同时阴极发生析氢反应，产生大量的氢氧根离子，使得反应器内pH逐渐升高。电解反应池4的鸟粪石混合固液可通过第三阀门19进入鸟粪石沉淀池5内逐渐进行结晶沉淀从而固液分离。鸟粪石沉淀池5内部高1000mm，直径为500mm，外部高200mm，底部漏斗体积为0.14m3，总体积约为2m3，且鸟粪石沉淀池5内部与锥形漏斗交界处放置有直径500mm，孔径为0.5mm的不锈钢圆形滤网22，用来收集附着的小颗粒鸟粪石，并可手动或借助工具取出，待风干后刮取收集鸟粪石，而未附着在滤网22上的鸟粪石则通过鸟粪石出口20排出收集，而鸟粪石固液分离后的上清液则溢流进入储液池6内，通过出水管21排放。风光互补发电系统8则通过带有逆变器和控制器的配电箱7分别与电源18、提升泵3的输入口相连，以此直流变交流，提供电能动力。
本系统水力停留时间为60min，连续运行，可根据废水水质情况2-3周更换填料。通过以上实施，磷回收率可达90％，氨氮回收率在85％左右，COD去除率为40％。收集的鸟粪石结晶物纯度为95％以上，此纯度的鸟粪石市场前景优良，可抵消系统的部分运行成本。图5为实施例中回收的鸟粪石SEM-EDS图，由图5可知，经过电镜-能谱观察分析：所得产物的结构和成分为针尖菱形状且主要含有氮磷镁氧等元素的物质。符合鸟粪石的结构和元素组成。图6为实施例中回收的鸟粪石的XRD图，由图6可知，经X射线衍射仪分析：所得产物的特征峰和标准鸟粪石的特征峰一致。故综合SEM-ESD和XRD可知：回收产物为鸟粪石。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，包括预处理单元(1)、进料箱(2)、提升泵(3)、电解反应池(4)、鸟粪石沉淀池(5)和储液池(6)；
所述预处理单元(1)通过管道与第一阀门(9)连接，所述第一阀门(9)通过管道与进料箱(2)连接，所述预处理单元(1)用于将料液通过第一阀门(9)输送至进料箱(2)中；
所述提升泵(3)通过管道与第二阀门(10)连接，所述第二阀门(10)通过管道与电解反应池(4)连接，所述提升泵(3)用于将进料箱(2)中的料液通过第二阀门(10)泵入电解反应池(4)中；
所述电解反应池(4)的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管(11)；所述电解反应池(4)的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管(12)；所述阳极插入固定管(11)用于从电解反应池(4)一侧外壁向电解反应池(4)内插入阳极镁合金棒(13)，并用于固定阳极镁合金棒(13)，使阳极镁合金棒(13)至少有部分暴露在阳极插入固定管(11)外部；所述阴极插入固定管(12)用于从电解反应池(4)相对一侧外壁向电解反应池(4)内插入阴极不锈钢棒(14)，并用于固定阴极不锈钢棒(14)，使阴极不锈钢棒(14)至少有部分暴露在阴极插入固定管(12)外部；所述阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)的管口均与密封圈(15)连接，所述密封圈(15)用于使阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)密封，防止电解反应池(4)中的电解液流出；所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒(13)位于电解反应池(4)内部的长度加上阴极不锈钢棒(14)位于电解反应池(4)内部的长度大于阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)的阻拦而减小；
所述各个阳极镁合金棒(13)暴露在阳极插入固定管(11)外部的部分依次缠绕在第一导线(16)上，所述各个阴极不锈钢棒(14)暴露在阴极插入固定管(12)外部的部分依次缠绕在第二导线(17)上，所述第一导线(16)和第二导线(17)分别与电源(18)的正极和负极连接；所述电源(18)位于电解反应池(4)的外部，用于提供阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)电解所需的电能；
所述电解反应池(4)通过管道与第三阀门(19)连接，所述电解反应池(4)用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池(5)中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池(5)为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口(20)排出；
所述储液池(6)环绕鸟粪石沉淀池(5)外周；所述储液池(6)用于收集鸟粪石沉淀池(5)内溢流出来的上清液并通过出水管(21)排出。
2.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述鸟粪石沉淀池(5)圆柱内部与锥形底部的交界处部连接有滤网(22)；所述滤网(22)上的滤孔直径为0.1mm-1mm。
3.如权利要求2所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述滤网(22)为不锈钢网或滤布。
4.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，还包括配电箱(7)和风光互补发电系统(8)；所述提升泵(3)和电源(18)的电源输入口与配电箱(7)连接，所述配电箱(7)与风光互补发电系统(8)连接，所述风光互补发电系统(8)用于为氮磷回收电化学反应系统提供电能，所述配电箱(7)用于将风光互补发电系统(8)输入的直流电转化成交流电，并将所述交流电输送给提升泵(3)和电源(18)。
5.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述储液池(6)的上端面高于鸟粪石沉淀池(5)的上端面。
6.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述提升泵(3)与电解反应池(4)之间的管道上连接有流量计(23)，所述流量计(23)用于控制进入电解反应池(4)中的料液的流速。
7.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述阳极镁合金棒(13)为镁铝合金、镁钛合金或镁锰合金，所述阴极不锈钢棒(14)为镀铬不锈钢棒或镀镍不锈钢棒。
8.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)的形状为圆柱状，横截面的直径为2mm-4mm，长度为600mm-800mm。
9.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)分别大于等于30个。
10.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述的预处理单元(1)、进料箱(2)、电解反应池(4)、阳极插入固定管(11)、阴极插入固定管(12)和鸟粪石沉淀池(5)的材料均为聚丙烯塑料。
11.如权利要求1所述的高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，所述阳极镁合金棒(13)依次通过螺丝(24)、垫片(25)和密封圈(15)与阳极插入固定管(11)固定并密封连接，所述阴极不锈钢棒(14)通过螺丝(24)、垫片(25)和密封圈(15)与阴极插入固定管(12)固定并密封连接。
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