CN112499846A - 用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法 - Google Patents
用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112499846A CN112499846A CN202011048646.9A CN202011048646A CN112499846A CN 112499846 A CN112499846 A CN 112499846A CN 202011048646 A CN202011048646 A CN 202011048646A CN 112499846 A CN112499846 A CN 112499846A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biogas slurry
- chamber
- concentrating
- membrane
- liquid chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title claims abstract description 100
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 15
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 claims abstract description 23
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 12
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000009287 sand filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 58
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 49
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 21
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 11
- 239000007785 strong electrolyte Substances 0.000 claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 9
- CKMXBZGNNVIXHC-UHFFFAOYSA-L ammonium magnesium phosphate hexahydrate Chemical compound [NH4+].O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]P([O-])([O-])=O CKMXBZGNNVIXHC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 claims description 7
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims description 6
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 229910052567 struvite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 5
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 claims description 5
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 3
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- QDWYPRSFEZRKDK-UHFFFAOYSA-M sodium;sulfamate Chemical group [Na+].NS([O-])(=O)=O QDWYPRSFEZRKDK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 claims 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 description 24
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N sulfonic acid Chemical compound OS(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- YUWBVKYVJWNVLE-UHFFFAOYSA-N [N].[P] Chemical compound [N].[P] YUWBVKYVJWNVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002469 basement membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008364 bulk solution Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/4618—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
- C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/4618—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
- C02F2001/4619—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water only cathodic or alkaline water, e.g. for reducing
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,涉及废弃资源利用技术领域,其能够对沼液进行低成本的深度处理。本发明所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,包括以下步骤:采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理,去除杂质;将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩,使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上;利用镁板作为阳极,通过电化学的方式使镁离子逐渐释放,同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10。本发明主要应用于沼液处理中。
Description
技术领域
本发明涉及废弃资源利用技术领域,尤其涉及一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法。
背景技术
目前,生物燃气(沼气)是一种清洁可再生能源,在我国被列为主要的可再生能源进行重点发展。
其中,利用厌氧发酵技术制备生物燃气不仅是治理有机废弃物的有效手段,而且是缓解我国能源紧张的主要举措。
然而,有机废弃物厌氧消化产生大量沼泽,这些经厌氧发酵处理的沼液具有化学耗氧量高,生物耗氧量低,可生化性差,处理难度大的特点。与此同时,沼液中仍含有高浓度的氮磷钾和腐殖酸、氨基酸等营养成分,如果直接排放必然造成资源浪费,且极有可能形成水体富营养化,若加以回收利用,则可减少沼液处理难度。
因此,如何提供一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,能够对沼液进行低成本的深度处理,已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其能够对沼液进行低成本的深度处理。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,包括以下步骤:
采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理,去除杂质;
将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩,使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上;
利用镁板作为阳极,通过电化学的方式使镁离子逐渐释放,同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10。
其中,所述采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理、并去除杂质,具体包括以下步骤:
将沼液经滤网进行粗过滤,以去除沼液中部分砂砾和大颗粒不溶杂质;
将粗过滤后的沼液进行酸化水解,以将沼液中大分子及部分固形悬浮物降解,并对沼液中的固形悬浮物及大分子有机物进行拦截;
通过采用至少三级超滤膜的连续浓缩方式对沼液进行超滤处理。
具体地,所述三级超滤膜采用无机陶瓷膜,所述无机陶瓷膜的膜孔径为150nm、膜通量为62.5L/m2.h、跨膜压差为0.15MPa。
进一步地,所述无机陶瓷膜采用多通道圆柱形结构、且具有圆形或扇形通道,膜管的长度为1100mm、膜管外径为27.5mm、有效膜面积为0.19m2。
其中,所述将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩、并使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上,具体包括以下步骤:
将过滤后的沼液循环泵入选择性电渗析系统的料液室,并将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液分别循环泵入选择性电渗析系统的第一极液室、第二极液室和浓液室,将浓度不低于0.05mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室;
通过直流电源向选择性电渗析系统施加直流电进行选择性电渗析,并控制电流密度为55mA/cm2,在料液室电导率不低于5ms/cm的情况下完成沼液中PO4 3-、NH4 +、K+的分离和浓缩。
具体地,所述第一极液室、所述第二极液室和所述浓液室中的所述强电解质溶液为氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾溶液;
所述电极室中的所述电极清洗溶液为氨基磺酸钠或硫酸钠溶液。
进一步地,所述选择性电渗析系统包括两侧的所述电极室、以及依次位于两个所述电极室之间的所述浓液室、所述第一极液室、所述料液室和所述第二极液室;
所述浓液室、所述第一极液室、所述料液室和所述第二极液室之间分别由一价阴离子选择性交换膜、阴离子交换膜及阳离子交换膜间隔。
其中,所述利用镁板作为阳极、并通过电化学的方式使镁离子逐渐释放、同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10,具体包括以下步骤:
采用外接0.75V直流电源的双室微生物电解池,阳极生物膜在降解有机物过程中释放电子和H+,电子经外电路到达阴极,H+和阳极室中的镁板反应释放出Mg2+;
电场力驱动Mg2+通过阳离子交换膜由阳极室迁移至阴极室;
阴极电极利用得到的电子将H20分解成H2和OH-,阴极室中浓缩沼液的pH因OH-生成而提高,源自镁板的Mg2+与浓缩沼液中的PO4 3-和NH4 +在碱性条件下发生结晶反应,形成鸟粪石沉淀,并稳定阴极液pH。
具体地,所述双室微生物电解池的阳极液为含低分子有机酸的混合液,包括但不限于有机废物厌氧水解酸化池、有机废水厌氧发酵池、配制营养液。
进一步地,所述双室微生物电解池的阳极液通过回流泵进行内循环,以减小浓差极化影响,并加速Mg2+从镁板溶出及迁移至阴极室。
相对于现有技术,本发明所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法具有以下优势:
本发明提供的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法中,由于采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理、并去除杂质,将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩、并使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上,利用镁板作为阳极、并通过电化学的方式使镁离子逐渐释放、同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10,从而有利于鸟粪石(MAP)的生成,因此有效实现了沼液中氮磷等物质的回收,实现了对沼液进行低成本的深度处理。
具体实施方式
为了便于理解,对本发明实施例提供的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法进行详细描述。
本发明实施例提供一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,包括以下步骤:
步骤S1、采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理,去除杂质;
步骤S2、将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩,使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上;
步骤S3、利用镁板作为阳极,通过电化学的方式使镁离子逐渐释放,同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10。
相对于现有技术,本发明实施例所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法具有以下优势:
本发明实施例提供的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法中,由于采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理、并去除杂质,将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩、并使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上,利用镁板作为阳极、并通过电化学的方式使镁离子逐渐释放、同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10,从而有利于鸟粪石(MAP)的生成,因此有效实现了沼液中氮磷等物质的回收,实现了对沼液进行低成本的深度处理。
其中,上述采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理、并去除杂质,具体可以包括以下步骤:
步骤S11、将沼液经滤网进行粗过滤,以去除沼液中部分砂砾和大颗粒不溶杂质;
步骤S12、将粗过滤后的沼液经过气浮机输送至酸化水解池内进行酸化水解,以将沼液中大分子及部分固形悬浮物降解,并对沼液中的固形悬浮物及大分子有机物进行拦截;
步骤S13、通过采用至少三级超滤膜的连续浓缩方式对沼液进行超滤处理。
具体地,上述三级超滤膜可以采用无机陶瓷膜,该无机陶瓷膜的膜孔径可以优选为150nm、膜通量可以优选为62.5L/m2.h、跨膜压差可以优选为0.15MPa。
进一步地,上述无机陶瓷膜可以采用多通道圆柱形结构、且其可以具有圆形或扇形通道,同时膜管的长度可以优选为1100mm、膜管外径可以优选为27.5mm、有效膜面积可以优选为0.19m2。
通过采用多级(至少三级)超滤膜的连续浓缩方式对沼液进行超滤处理,也即通过一级超滤膜的浓缩液直接进入二级超滤膜继续浓缩,通过二级超滤膜的浓缩液进入三级超滤膜继续浓缩,以此类推;其能够分别截留沼液中不同分子量的物质,形成不同的分离梯度,从而使各级分离出不同成分的浓缩液。
此处需要补充说明的是,无机陶瓷膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料,它能把流体分隔成不相通的两个部分,使其中的一种或几种物质能透过,而将其它物质分离出来。该膜分离技术以其高效、节能、环保和分子级过滤等特性,被广泛应用。
其中,上述将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩、并使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上,具体可以包括以下步骤:
步骤S21、将过滤后的沼液循环泵入选择性电渗析系统的料液室,并将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液分别循环泵入选择性电渗析系统的第一极液室、第二极液室和浓液室,将浓度不低于0.05mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室;
步骤S22、通过直流电源向选择性电渗析系统施加直流电进行选择性电渗析,并控制电流密度为55mA/cm2,在料液室电导率不低于5ms/cm的情况下完成沼液中PO4 3-(磷酸盐)、NH4 +(铵氮)、K+(钾)的分离和浓缩。
具体地,上述第一极液室、第二极液室和浓液室中的强电解质溶液可以优选为氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾溶液;上述电极室中的电极清洗溶液可以优选为氨基磺酸钠或硫酸钠溶液。
进一步地,上述选择性电渗析系统可以包括两侧的电极室(一阳极室和一阴极室)、以及依次位于两个电极室之间的浓液室、第一极液室、料液室和第二极液室;实际应用时,浓液室、第一极液室、料液室和第二极液室之间可以分别由一价阴离子选择性交换膜、阴离子交换膜(膜体固定基团带有正电荷离子,可选择透过阴离子的离子交换膜)及阳离子交换膜间隔,也即浓液室和第一极液室之间通过一价阴离子选择性交换膜间隔,第一极液室和料液室之间通过阴离子交换膜间隔,料液室和第二极液室之间通过阳离子交换膜间隔;此外,第二极液室与下一个浓液室之间可以通过一价选择性阳离子交换膜间隔。
将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液分别循环泵入选择性电渗析系统的第一极液室、第二极液室和浓液室,将浓度不低于0.05mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室;也即:将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的第一极液室,将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的第二极液室,将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的浓液室,将浓度不低于0.05mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室。
此处需要补充说明的是,阴离子交换膜是一类含有碱性活性基团,对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜,也称为离子选择透过性膜。阴离子交换膜由三个部分构成:带固定基团的聚合物主链即高分子基体(也称基膜)、荷正电的活性基团(即阳离子)以及活性基团上可以自由移动的阴离子。一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子作为活性交换基团,并且在阴极产生OH-作为载流子,经过阴离子交换膜的选择透过性作用移动到阳极。
阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜,通常是磺酸型的,带有固定基团和可解离的离子,如钠型磺酸型固定基团是磺酸根,解离离子是钠离子。阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质,由于阳膜带负电荷,虽然原来的解离正离子受水分子作用解离到水中,但在膜外通电通过电场作用,带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜,而阴离子因为同性排斥而不能通过,所以具有选择透过性。
其中,上述利用镁板作为阳极、并通过电化学的方式使镁离子逐渐释放、同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10,具体可以包括以下步骤:
步骤S31、采用外接0.75V直流电源的双室微生物电解池,阳极生物膜在降解有机物过程中释放电子和H+,电子经外电路到达阴极,H+和阳极室中的镁板反应释放出Mg2+;
步骤S32、电场力驱动Mg2+通过阳离子交换膜由阳极室迁移至阴极室;
步骤S33、阴极电极利用得到的电子将H20分解成H2和OH-,阴极室中浓缩沼液的pH因OH-生成而提高,源自镁板的Mg2+与浓缩沼液中的PO4 3-和NH4 +在碱性条件下发生结晶反应,形成鸟粪石沉淀,并稳定阴极液pH。
具体地,上述双室微生物电解池的阳极液可以为含低分子有机酸的混合液,其包括但不限于有机废物厌氧水解酸化池、有机废水厌氧发酵池、配制营养液等,易被阳极生物膜中的产电菌利用,有利于阳极持续、稳定地供应H+。
进一步地,上述双室微生物电解池的阳极液可以通过回流泵进行内循环,从而减小浓差极化影响,进而加速Mg2+从镁板溶出及迁移至阴极室。阳极液内循环起到混合搅拌的作用,一方面能够加快镁板与阳极液之间固液两相的传质速率,从而促进镁板溶解;另一方面内循环在最大程度上保证阳极液均质,减少阳极附近浓度与本体溶液浓度的浓度差,进而能够减小浓差极化;此外,内循环还能够使阳极液中的低分子有机酸得到充分利用。
阳极室的阳极生物膜在降解有机物过程中释放电子和H+,电子经外电路到达阴极,阳极液pH下降、阴极液pH上升,阴阳极室的pH梯度增大,从而导致产电微生物活性低、过电势高和电子利用率低,而本申请中镁板在阳极室内电解液中酸解,能够阻制阳极液酸化,稳定阳极液pH,提高产电微生物活性,促进其持续降解有机物产电。
此处需要补充说明的是,微生物电解池是利用微生物作为反应主体,在阴阳极间施加电流,产生氢气或者甲烷的一种电解池,其由池体、阳极、阴极、外电路及电源组成。在阳极上有一层由产电微生物形成的生物膜,这些微生物靠代谢污水中的有机物为生。微生物电解池中的微生物,在其代谢过程中,电子从细胞内转移到了细胞外的阳极,然后通过外电路在电源提供的电势差作用下到达阴极。在阴极,电子和质子结合就产生了氢气。
此外,鸟粪石——化学式:Mg(NH4)PO4·6H2O、斜方晶系,是矿石的一种,可作优质氮磷肥料。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理,去除杂质;
将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩,使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上;
利用镁板作为阳极,通过电化学的方式使镁离子逐渐释放,同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10。
2.根据权利要求1所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述采用砂滤与超滤结合的工艺对沼液进行预处理、并去除杂质,具体包括以下步骤:
将沼液经滤网进行粗过滤,以去除沼液中部分砂砾和大颗粒不溶杂质;
将粗过滤后的沼液进行酸化水解,以将沼液中大分子及部分固形悬浮物降解,并对沼液中的固形悬浮物及大分子有机物进行拦截;
通过采用至少三级超滤膜的连续浓缩方式对沼液进行超滤处理。
3.根据权利要求2所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述三级超滤膜采用无机陶瓷膜,所述无机陶瓷膜的膜孔径为150nm、膜通量为62.5L/m2.h、跨膜压差为0.15MPa。
4.根据权利要求3所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述无机陶瓷膜采用多通道圆柱形结构、且具有圆形或扇形通道,膜管的长度为1100mm、膜管外径为27.5mm、有效膜面积为0.19m2。
5.根据权利要求1所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述将过滤后的沼液通过电渗析系统进行浓缩、并使沼液中的氮、磷、钾含量达到25%以上,具体包括以下步骤:
将过滤后的沼液循环泵入选择性电渗析系统的料液室,并将浓度不低于0.05mol/L的强电解质溶液分别循环泵入选择性电渗析系统的第一极液室、第二极液室和浓液室,将浓度不低于0.05mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室;
通过直流电源向选择性电渗析系统施加直流电进行选择性电渗析,并控制电流密度为55mA/cm2,在料液室电导率不低于5ms/cm的情况下完成沼液中PO4 3-、NH4 +、K+的分离和浓缩。
6.根据权利要求5所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述第一极液室、所述第二极液室和所述浓液室中的所述强电解质溶液为氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾溶液;
所述电极室中的所述电极清洗溶液为氨基磺酸钠或硫酸钠溶液。
7.根据权利要求5或6所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述选择性电渗析系统包括两侧的所述电极室、以及依次位于两个所述电极室之间的所述浓液室、所述第一极液室、所述料液室和所述第二极液室;
所述浓液室、所述第一极液室、所述料液室和所述第二极液室之间分别由一价阴离子选择性交换膜、阴离子交换膜及阳离子交换膜间隔。
8.根据权利要求1所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述利用镁板作为阳极、并通过电化学的方式使镁离子逐渐释放、同时借助电化学阴极的反应将沼液的pH提高至10,具体包括以下步骤:
采用外接0.75V直流电源的双室微生物电解池,阳极生物膜在降解有机物过程中释放电子和H+,电子经外电路到达阴极,H+和阳极室中的镁板反应释放出Mg2+;
电场力驱动Mg2+通过阳离子交换膜由阳极室迁移至阴极室;
阴极电极利用得到的电子将H20分解成H2和OH-,阴极室中浓缩沼液的pH因OH-生成而提高,源自镁板的Mg2+与浓缩沼液中的PO4 3-和NH4 +在碱性条件下发生结晶反应,形成鸟粪石沉淀,并稳定阴极液pH。
9.根据权利要求8所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述双室微生物电解池的阳极液为含低分子有机酸的混合液,包括但不限于有机废物厌氧水解酸化池、有机废水厌氧发酵池、配制营养液。
10.根据权利要求8或9所述的用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法,其特征在于,所述双室微生物电解池的阳极液通过回流泵进行内循环,以减小浓差极化影响,并加速Mg2+从镁板溶出及迁移至阴极室。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011048646.9A CN112499846A (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011048646.9A CN112499846A (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112499846A true CN112499846A (zh) | 2021-03-16 |
Family
ID=74953622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011048646.9A Pending CN112499846A (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112499846A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114935590A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-08-23 | 江苏大学 | 沼液水质在线监测装置、沼液精准化配肥还田系统及方法 |
WO2022222172A1 (zh) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种连续的沼液选择性电渗析方法、装置和系统 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012011375A (ja) * | 2010-06-04 | 2012-01-19 | Blue Aqua Industry Kk | 廃水処理方法及び廃水処理装置 |
CN104058799A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-24 | 山东民和生物科技有限公司 | 一种沼液浓缩液及工程化制备方法 |
EP2933233A1 (de) * | 2014-04-16 | 2015-10-21 | AVA-Co2 Schweiz AG | Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphat aus einer Flüssigphase |
CN106976936A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-07-25 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种利用选择性电渗析从沼液中分离浓缩养分的方法 |
CN108660475A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-16 | 同济大学 | 一种生物电化学鸟粪石结晶回收污水磷的方法 |
CN108675403A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-19 | 同济大学 | 一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法 |
JP6426863B1 (ja) * | 2018-01-31 | 2018-11-21 | 光保 矢部 | 養液栽培用の液状肥料の製造方法、及び肥料成分を分離濃縮して回収するシステム |
CN109133486A (zh) * | 2017-06-16 | 2019-01-04 | 成都友益佳环保设备工程有限公司 | 一种环保厕所尿液高氨氮废水梯级资源化及达标排放方法 |
-
2020
- 2020-09-29 CN CN202011048646.9A patent/CN112499846A/zh active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012011375A (ja) * | 2010-06-04 | 2012-01-19 | Blue Aqua Industry Kk | 廃水処理方法及び廃水処理装置 |
EP2933233A1 (de) * | 2014-04-16 | 2015-10-21 | AVA-Co2 Schweiz AG | Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphat aus einer Flüssigphase |
CN104058799A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-24 | 山东民和生物科技有限公司 | 一种沼液浓缩液及工程化制备方法 |
CN106976936A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-07-25 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种利用选择性电渗析从沼液中分离浓缩养分的方法 |
CN109133486A (zh) * | 2017-06-16 | 2019-01-04 | 成都友益佳环保设备工程有限公司 | 一种环保厕所尿液高氨氮废水梯级资源化及达标排放方法 |
JP6426863B1 (ja) * | 2018-01-31 | 2018-11-21 | 光保 矢部 | 養液栽培用の液状肥料の製造方法、及び肥料成分を分離濃縮して回収するシステム |
CN108660475A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-16 | 同济大学 | 一种生物电化学鸟粪石结晶回收污水磷的方法 |
CN108675403A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-19 | 同济大学 | 一种电化学鸟粪石结晶回收污水氮磷的方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022222172A1 (zh) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种连续的沼液选择性电渗析方法、装置和系统 |
CN114935590A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-08-23 | 江苏大学 | 沼液水质在线监测装置、沼液精准化配肥还田系统及方法 |
CN114935590B (zh) * | 2022-05-30 | 2024-05-10 | 江苏大学 | 沼液水质在线监测装置、沼液精准化配肥还田系统及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Saeed et al. | Microbial desalination cell technology: a review and a case study | |
Gao et al. | Nutrient recovery from treated wastewater by a hybrid electrochemical sequence integrating bipolar membrane electrodialysis and membrane capacitive deionization | |
Sophia et al. | Microbial desalination cell technology: contribution to sustainable waste water treatment process, current status and future applications | |
Tice et al. | Energy efficient reconcentration of diluted human urine using ion exchange membranes in bioelectrochemical systems | |
Zeppilli et al. | A critical evaluation of the pH split and associated effects in bioelectrochemical processes | |
CN108660475B (zh) | 一种生物电化学鸟粪石结晶回收污水磷的方法 | |
CN102976559B (zh) | 厌氧氨氧化微生物逆向电渗析污水处理同时发电的方法及装置 | |
Du et al. | Coupled electrochemical methods for nitrogen and phosphorus recovery from wastewater: a review | |
CN106477846B (zh) | 采用游离亚硝酸盐强化微生物电解污泥产氢并回收鸟粪石的方法 | |
CN109704452B (zh) | 耦合生物电化学和正渗透膜生物反应器的水处理装置及方法 | |
CN104743663B (zh) | 利用高有机物高氨氮废水强化产甲烷的生物电化学反应装置和方法 | |
CN101844857B (zh) | 一种微电场强化低碳脱氮工艺 | |
CN108862548B (zh) | 一种微生物电解脱盐池反应器装置 | |
Jwa et al. | Energy-efficient seawater softening and power generation using a microbial electrolysis cell-reverse electrodialysis hybrid system | |
Wang et al. | Effects of ammonia on electrochemical active biofilm in microbial electrolysis cells for synthetic swine wastewater treatment | |
CN112499846A (zh) | 用于沼液中营养物质浓缩与回收的方法 | |
US20230271864A1 (en) | Process for enriching phosphorus and recovering blue iron ore by using biofilm method | |
CN105906029B (zh) | 电渗析离子交换膜生物反应器去除水中硝酸盐的方法 | |
CN103861463A (zh) | 一种电化学辅助的源分离尿液生物脱氮的方法 | |
CN113603209A (zh) | 空气阴极生物电化学系统辅助正渗透膜生物反应器的水处理装置及水处理方法 | |
CN103787490A (zh) | 一种用于处理有机氟废水的生物电化学反应器及有机氟废水的处理方法 | |
CN111115842B (zh) | 一种高氯酸铵废水的处理方法 | |
CN111253005B (zh) | 一种厌氧发酵液资源化的方法 | |
CN112320895A (zh) | 一种三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置及方法 | |
Song et al. | Enhancing the performance of a bioelectrochemically assisted osmotic membrane bioreactor based on reverse diffusion of organic and buffering draw solutes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210316 |