CN113184952B - 一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用 - Google Patents

一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113184952B
CN113184952B CN202110426850.8A CN202110426850A CN113184952B CN 113184952 B CN113184952 B CN 113184952B CN 202110426850 A CN202110426850 A CN 202110426850A CN 113184952 B CN113184952 B CN 113184952B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phosphorus
nitrogen
chamber
electrode
recovery
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.)
Active
Application number
CN202110426850.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113184952A (zh
Inventor
吴德礼
邵雨菲
徐龙乾
丁仁
曾韵乔
刘志刚
戴晓虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202110426850.8A priority Critical patent/CN113184952B/zh
Publication of CN113184952A publication Critical patent/CN113184952A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113184952B publication Critical patent/CN113184952B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • 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
    • C02F2001/46185—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water only anodic or acidic water, e.g. for oxidizing or sterilizing
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/46115—Electrolytic cell with membranes or diaphragms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Abstract

本发明涉及一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用，装置包括依次并列设置的阳极集流电极、第二阴离子交换膜、磷回收室、第一阴离子交换膜、离子分离室、第一阳离子交换膜、氮回收室、第二阳离子交换膜以及阴极集流电极；离子分离室用于使废水通过并脱除阴阳离子；磷回收室内设有阳极穿透电极，用于将磷回收室中的含磷阴离子质子化为磷酸并回收；氮回收室内设有阴极穿透电极，用于将氮回收室中的铵根离子转化为氨水并回收。与现有技术相比，本发明可实现从废水中回收高品位磷酸和氨水，所得氮磷产品纯度高，满足多种领域的原料纯度要求，可作为肥料，也可作为其他工业原料，具有较为广阔的应用范围，可有效提高废水处理的经济价值。

Description

一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用
技术领域
本发明属于废水处理与资源化技术领域，涉及一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用。
背景技术
在处理废水的同时，回收具有高附加值的氮、磷、钾、锂、贵金属等元素，已逐渐成为近几年来较为热门的研究课题。尿液作为生活污水的最主要污染物来源，含有丰富的氮磷资源，因此从源头出发，自尿液中回收氮磷具有非常重要的实际意义。目前，从尿液中回收氮磷技术主要包括沉淀法、膜分离、电化学、吸附等几种方法。其中膜分离法对于废水中的无机盐基本没有选择性，在获得淡水的同时，所有无机盐都被截留在膜的进水一侧，因此很难实现氮磷的独立回收。电化学法是利用电解质组分和电化学两极的酸碱性，促进磷转化为沉淀从而回收磷。化学沉淀法通常将尿液中的磷酸盐转化为鸟粪石、羟基磷灰石、蓝铁矿等晶体矿物，但由于产物中磷的含量、品质较低，沉淀产物作为肥料的肥效较低，在实际应用中仍存在挑战。此外，化学沉淀法虽然可以回收绝大部分磷资源，但对于氮资源的回收效果较差，因此，工艺中仍需要单独回收尿液中的氮资源(如氨氮、尿素)。对于水解尿液，氮物种主要以氨氮形式存在，通常在磷回收工艺前后通过吹脱法、酸吸收法等工艺收集，得到纯度较高的铵盐产品。到目前为止，很少有研究开发出可以实际应用的同步回收氮和磷的技术，更不用说获得高品位的氮和磷产品，从而提高技术的经济效益。
现有废水处理技术中，磷元素的回收主要通过将含磷物种转化为不溶于水的沉淀、晶体等，进而通过固液分离得到；而氮元素的回收则主要通过将含氮物种转化为氨气、硫酸铵或含氨沉淀，再经过分离提纯得到，但上述工艺均存在步骤繁琐、药剂用量大等缺点。同时无论是磷回收还是氮回收，由于产物组分中含有大量杂质元素，导致产物纯度较低，限制了产品的后续利用。
电驱动技术是最近几年发展起来的一种可以与压力驱动、热驱动竞争的离子分离技术，具有分离效果好、能耗低、稳定性好、操作简单等优点。更重要的是，相比同类技术，电驱动技术在离子选择性分离方面具有突出的优势，因此受到研究者广泛关注。但现有电驱动技术仍面临着选择性不能满足要求、长期运行稳定性不佳、系统结构单一、对高盐废水效果受限等挑战。因此，开发新型电驱动离子分离技术，进一步提高其选择性分离特性将会是后续研究的重点。
发明内容
本发明的目的就是提供一种废水中氮磷同步回收装置，用于解决现有电驱动分离装置对废水中磷酸根离子与铵根离子的选择性分离效果较差的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种废水中氮磷同步回收装置，包括依次并列设置的阳极集流电极、第二阴离子交换膜、磷回收室、第一阴离子交换膜、离子分离室、第一阳离子交换膜、氮回收室、第二阳离子交换膜以及阴极集流电极；
所述的离子分离室用于使废水通过并脱除阴阳离子；
所述的磷回收室用于使磷提取液通过，将磷回收室中的磷酸根离子、磷酸氢根离子或磷酸二氢根离子质子化为磷酸并回收；
所述的氮回收室用于使氮提取液通过，将氮回收室中的铵根离子转化为氨水并回收；
所述的阳极集流电极与阴极集流电极上分别设有供相应电极接受液通过的阳极室与阴极室；
所述的磷回收室内还设有阳极穿透电极，所述的氮回收室内还设有阴极穿透电极；所述的阳极集流电极与阴极集流电极之间设有第一电源，所述的阳极穿透电极与阴极穿透电极之间设有第二电源。
进一步地，所述的阳极穿透电极与阴极穿透电极呈多孔结构或网状结构。
进一步地，所述的磷回收室与氮回收室的厚度为1-5mm，所述的阳极穿透电极与阴极穿透电极的厚度为0.05-2mm；
所述的多孔结构与网状结构的孔径为1-5000μm。
进一步地，所述的阳极穿透电极的材质包括铂、钛、铝、石墨、碳纤维、碳布、碳纸中的至少一种；
所述的阳极穿透电极与阴极穿透电极的比表面积均控制在0.001-10m2/g，以避免穿透电极吸附容量较大，引起微量阴离子或阳离子吸附，影响产品纯度。
进一步地，所述的阴极穿透电极的材质包括铂、钛、铝、银、铜、不锈钢、石墨、碳纤维、碳布、碳纸中的至少一种。
进一步地，所述的装置还包括磷酸回收池、氨水回收池，以及电极接受液池；
所述的磷酸回收池与磷回收室循环连通，所述的氮回收室与氨水回收池循环连通，所述的阳极室及阴极室分别与电极接受液池循环连通。
进一步地，所述的装置还包括废水池与淡水池，或者废水循环池；
所述的离子分离室的进液口与废水池相连通，出液口与淡水池相连通；或者，所述的离子分离室与废水循环池循环连通。
一种基于上述同步回收废水中氮磷装置的回收方法，包括将电极接受液分别通入阳极室与阴极室，将磷提取液通入磷回收室，将废水通入离子分离室，分别对阳极集流电极与阴极集流电极、阳极穿透电极与阴极穿透电极施加电压，所得磷回收室的出水即为高纯磷酸溶液，所得氮回收室的出水即为高纯氨水溶液，所得离子分离室的出水即为淡水溶液。
进一步地，所述的方法包括以下条件中的任一项或多项：
A)所述的废水在离子分离室中的停留时间为20-50min；
B)所述的磷提取液在磷回收室中的停留时间为5-30min；
C)所述的氮提取液在氮回收室中的停留时间为5-30min；
D)所述的废水在离子分离室中的停留时间、磷提取液在磷回收室中的停留时间以及氮提取液在氮回收室中的停留时间之比为(1-3):(1-15):(1-3)，避免过高的停留时间引起氮磷回收产品浓度的降低和能耗的增加；
E)所述的废水pH为3.5-9.5，过高或过低的pH会导致氨氮和磷羟基化和质子化转化为不带电的氨(氨水)和磷酸，无法从废水中去除；
F)所述的磷提取液pH不大于2(优选pH为0-1.5)；
G)所述的磷提取液中的溶质包括盐酸、硝酸或硫酸中的至少一种；
H)所述的氮提取液pH不低于9.5(优选pH为10-13)；
I)所述的氮提取液中的溶质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
J)所述的阳极集流电极与阴极集流电极之间的电压为0.2-5V；
K)所述的阳极穿透电极与阴极穿透电极之间的电压为1.2-10V；
L)集流电极对与穿透电极对施加的电压之比为(1:5)-(3:1)；
M)所述的电极接受液包括含5-15wt％活性炭与0-3wt％炭黑的悬浮液，并且优选的，悬浮液中包括NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3中的至少一种电解质。
作为优选的技术方案，使用时，可及时更换新鲜的磷提取液与氮提取液，以保证提取效率。
上述同步回收废水中氮磷装置，亦可用于含铵根废水或含磷废水中氮元素和/或磷元素的高纯回收。
本发明针对现有技术存在的不足，提出一种同步回收废水中氮磷并转化为高品位磷酸和氨水的装置。该装置利用电场对离子的定向迁移作用，使离子分离室进水中的阴离子穿过第一阴离子交换膜，向阳极集电极处迁移，在磷回收室中，阳极穿透电极通过电解水产生H+，降低电解液的pH至2以下，磷酸根离子、磷酸氢根离子或者磷酸二氢根离子，与磷回收液中的强酸相混合而被质子化为磷酸，同时由于磷酸呈电中性，无法穿过第二阴离子交换膜，从而被截留于磷回收室中，并随磷回收液一同流出回收，其余阴离子则穿过第二阴离子交换膜，进入阴极室并吸附于电极接受液中，之后随电极接受液一同流出；同样的，在氮回收中的阴极穿透电极通过电解水产生OH-，提高电解液pH，废水中的阳离子则受阴极板吸引，穿过第一阳离子交换膜，进入氮回收室，并在氮回收室中铵根离子被强碱转化为电中性的氨水，并随氮回收液流出收集，其余阳离子则穿过第二阳离子交换膜，并收集于电极接受液中，从而最终实现废水中磷酸盐和氨氮的高选择性回收。由于阳极和阴极穿透电极比表面积非常小，对离子的吸附作用有限，不会影响回收氮磷的纯度。实验表明，所得产物纯度远高于同类分离提纯技术，并满足多种领域的原料纯度要求，例如可通过简单加工后作为液态肥料使用，也可作为氮磷相关工业的初级原料，两种产物流混合后也可直接生产高品质磷酸铵，因此具有较高的应用潜力。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明可实现从废水中回收高品位磷酸和氨水，所得氮磷产品纯度高，满足多种领域的原料纯度要求，可作为肥料，也可作为其他工业原料，具有较为广阔的应用范围，可有效提高废水处理的经济价值；
2)本发明中的废水中氮磷同步回收装置具有连续运行稳定性好、可控性强、管理方便等优点，可通过调节电压、提取液停留时间等手段有效控制分离效率，调控分离成本，提高经济效益；
3)本发明可对源分离尿液等废水源头，进行原位处理及资源化利用，有效降低液体尿液运输成本和基建成本。
附图说明
图1为本发明中一种废水中氮磷同步回收装置结构示意图；
图2为实施例1中一种废水中氮磷同步回收装置运行模式示意图；
图3为实施例2中一种废水中氮磷同步回收装置运行模式示意图；
图中标记说明：
1-阳极集流电极、101-阳极进料口、102-阳极出料口、2-第二阴离子交换膜、3-磷回收室、301-磷提取液进料管、302-磷酸出料管、4-第一阴离子交换膜、5-离子分离室、6-第一阳离子交换膜、7-氮回收室、701-氮提取液进料管、702-氨水出料管、8-第二阳离子交换膜、9-阴极集流电极、901-阴极进料口、902-阴极出料口、10-废水池、11-淡水池、12-磷酸回收池、13-氨水回收池、14-阳极穿透电极、15-阴极穿透电极、16-第一电源、17-第二电源、18-阳极室、19-阴极室、20-电极接受液池、21-废水循环池。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种废水中氮磷同步回收装置，包括依次并列并相互夹紧设置的阳极集流电极1、第二阴离子交换膜2、磷回收室3、第一阴离子交换膜4、离子分离室5、第一阳离子交换膜6、氮回收室7、第二阳离子交换膜8以及阴极集流电极9；
其中，离子分离室5容积为2-5mL，离子分离室5上开设有与外部废水池10相连通的废水进料口，以及与外部淡水池11相连通的淡水出料口，或者离子分离室5与外部废水循环池21循环连通；磷回收室3上开设有磷提取液进料管与磷酸出料管，并分别穿过阳极集流电极1及第二阴离子交换膜2与外部磷酸回收池12相连通，进而实现磷回收室3与磷酸回收池12的循环连通；氮回收室7上开设有氮提取液进料管与氨水出料管，并分别穿过阴极集流电极9及第二阳离子交换膜8与外部氨水回收池13相连通，进而实现氮回收室7与氨水回收池13的循环连通。
在磷回收室3与氮回收室7中分别设有阳极穿透电极14与阴极穿透电极15，阳极集流电极1与阴极集流电极9之间电连接有第一电源16，阳极穿透电极14与阴极穿透电极15之间电连接有第二电源17。
具体的，磷回收室3与氮回收室7的厚度为1-5mm，阳极穿透电极14与阴极穿透电极15的厚度为0.05-2mm，并且阳极穿透电极14与阴极穿透电极15呈多孔结构或网状结构，孔径优选为1-5000μm，阳极穿透电极14的材质优选为铂、钛、铝、石墨、碳纤维、碳布、碳纸中的至少一种；阴极穿透电极15的材质优选为铂、钛、铝、银、铜、不锈钢、石墨、碳纤维、碳布、碳纸中的至少一种，并且阳极穿透电极与阴极穿透电极的比表面积均控制在0.001-10m2/g。
阳极集流电极1与阴极集流电极9上分别设有阳极室18与阴极室19；优选的，阳极室18与阴极室19呈蛇形流道结构，并分别与外部电极接受液池20循环连通。
一种基于上述同步回收废水中氮磷装置的回收方法，包括将电极接受液分别通入阳极室18与阴极室19，将磷提取液通入磷回收室3，将废水通入离子分离室5，分别对阳极集流电极1与阴极集流电极9、阳极穿透电极14与阴极穿透电极15施加电压，所得磷回收室3的出水即为高纯磷酸溶液，所得氮回收室7的出水即为高纯氨水溶液，所得离子分离室5的出水即为淡水溶液。
具体的，上述方法还包括以下条件：
A)废水在离子分离室5中的停留时间为20-50min；
B)磷提取液在磷回收室3中的停留时间为5-30min；
C)氮提取液在氮回收室7中的停留时间为5-30min；
D)废水在离子分离室5中的停留时间、磷提取液在磷回收室3中的停留时间以及氮提取液在氮回收室7中的停留时间之比为(1-3):(1-15):(1-3)，当废水相比氮磷回收液停留时间较短时，虽然得到的氮磷产品纯度高，但氮磷产品的回收率会下降，离子分离所需能耗大幅提高，而废水停留时间相对较长时，得到的氮磷产品纯度会比较低；
E)废水pH为3.5-9.5；
F)磷提取液pH不大于2；
G)磷提取液中的溶质包括盐酸、硝酸或硫酸中的至少一种；
H)氮提取液pH不低于9.5；
I)氮提取液中的溶质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
J)阳极集流电极1与阴极集流电极9之间的电压为0.2-5V；
K)阳极穿透电极14与阴极穿透电极15之间的电压为1.2-10V；
L)集流电极对与穿透电极对施加的电压之比为(1:5)-(3:1)；
M)电极接受液包括含5-15wt％活性炭与0-3wt％炭黑的悬浮液，并且优选的，悬浮液中还包括NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3中的至少一种电解质。
本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例包括一种如图2所示的废水中氮磷同步回收装置，该装置具体包括如图1所示的依次并列并相互夹紧设置的阳极集流电极1、第二阴离子交换膜2、磷回收室3(容积为2mL)、第一阴离子交换膜4、离子分离室5(容积为2mL)、第一阳离子交换膜6、氮回收室7(容积为2mL)、第二阳离子交换膜8以及阴极集流电极9；
其中，离子分离室5上开设有与外部废水池10相连通的废水进料口，以及与外部淡水池11相连通的淡水出料口；磷回收室3上开设有磷提取液进料管301与磷酸出料管302，并分别穿过阳极集流电极1及第二阴离子交换膜2与外部磷酸回收池12相连通，进而实现磷回收室3与磷酸回收池12的循环连通；氮回收室7上开设有氮提取液进料管701与氨水出料管702，并分别穿过阴极集流电极9及第二阳离子交换膜8与外部氨水回收池13相连通，进而实现氮回收室7与氨水回收池13的循环连通。
在磷回收室3与氮回收室7中分别设有阳极穿透电极14与阴极穿透电极15，阳极集流电极1与阴极集流电极9之间电连接有第一电源16，阳极穿透电极14与阴极穿透电极15之间电连接有第二电源17，并且第一电源16与第二电源17均为直流电源。
具体的，磷回收室3与氮回收室7的厚度为3mm，阳极穿透电极14采用孔径2mm，厚1mm钛网，比表面积为0.001m2/g，阴极穿透电极15采用孔径0.1mm，厚0.1mm不锈钢网，比表面积为1.2m2/g。
阳极集流电极1与阴极集流电极9上分别设有呈蛇形流道结构的阳极室18与阴极室19，在阳极集流电极1上设有与阳极室18相连通的阳极进料口101与阳极出料口102，在阳极集流电极1上设有与阴极室19相连通的阴极进料口901与阴极出料口902，并均与外部电极接受液池20相连通，进而实现阳极室18与阴极室19分别与外部电极接受液池20循环连通。
本实施例还包括一种采用上述装置同步回收废水中氮磷的方法，具体为：
以模拟尿液作为待处理废水，所含组分及其浓度等条件如下：钠离子1533mg/L，钾离子241mg/L，氯离子2589mg/L，硫酸根离子955mg/L，总磷(磷酸根)542mg/L，氨氮5330mg/L，进水pH＝9.5，体积为100mL；
以40mL 0.01mol/L pH＝2.0的盐酸为磷提取液，以40mL pH＝10NaOH溶液为氮提取液，以100mL 10wt％活性炭水悬浮液为电极接受液；
将磷酸回收池12中的磷提取液通入磷回收室3，并以5mL/min的流速循环流通；将氨水回收池13中的氮提取液通入氮回收室7，同样以5mL/min的流速循环流通；将电极接受液池20中的电极接受液分别通入阳极室18与阴极室19，并以25mL/min的流速循环流通；运行稳定后，开启第一电源16与第二电源17并调节工作电压，之后将废水池10中模拟尿液连续通入离子分离室5，所得出水收集于淡水池11中，此时磷酸回收池12中即得到高纯磷酸，氨水回收池13中即得到高纯度氨水。具体实验结果如表1所示。
表1不同工作电压与不同模拟尿液停留时间下氮磷回收性能
Figure BDA0003029908690000081
从表1中可以看出，在2500min连续运行过程中，氮磷的回收性能与两电源的电压以及废水停留时间密切相关，在不同的操作参数下，磷产物和氮产物的纯度都可以分别达到75.6％至96.3％和73.1％和92.1％，证明了高品位磷酸和氨水回收的可行性。
实施例2：
本实施例采用如图3所示的废水中氮磷同步回收装置，与实施例1相比，本装置的区别在于：采用废水循环池21取代废水池10与淡水池11，并与离子分离室5循环连通；阳极穿透电极14选用碳纤维布，比表面积为9.82m2/g，孔径为1-5μm，厚度为2mm；阴极穿透电极15选用铜网，比表面积为3.2m2/g，孔径约为5mm，厚度为0.5mm。
回收方法上的区别在于：
模拟废水组分为钠离子1032mg/L，氯离子452mg/L，磷酸根235mg/L、铵根134mg/L，pH＝3.5，体积为50mL，流速为3mL/min；磷提取液选用硫酸溶液，pH＝2.0，50mL；氮提取液选用KOH溶液，pH＝10，50mL；电极接受液选用5wt％活性炭水悬浮液，体积为200mL，流速为20mL/min；
第一电源电压与第二电源电压均为3V；其余同实施例1。
经过1200min运行，废水中钠离子和氯离子的去除率分别达到了98.1％和99.3％。磷回收室的磷浓度上升到7366.6mg/L，氮回收室的氨氮增加到6375.2mg/L。磷回收室的pH稳定在2.0以下，氮回收室的pH稳定在10.0以上。
实施例3：
本实施例采用一种废水中氮磷同步回收装置进行模拟废水中氮磷回收，与实施例1相比，本装置的区别在于：磷回收室3的厚度为1mm，阳极穿透电极14采用孔径3.5μm，比表面积为0.02m2/g，厚0.05mm钛网，氮回收室7的厚度为3mm，阴极穿透电极15采用孔径1.0μm，比表面积为0.13m2/g，厚1.0mm碳纸。
回收方法上的区别在于：
模拟废水组分为无机盐总含量为10.4g/L，其中磷酸盐355mg/L，氨氮892mg/L，pH＝6.8；磷提取液选用硝酸溶液，pH＝0；氮提取液选用KOH与NaOH等摩尔比的混合溶液，pH＝13；第一电源电压为1.2V，第二电源电压为2.0V；其余同实施例1。实验结果如表2所示。
表2废水中氮磷回收性能随时间的变化情况
Figure BDA0003029908690000091
Figure BDA0003029908690000101
从表2中可以看出，当废水在离子分离室的停留时间高于48.3min，磷酸盐的去除率可稳定在93.4％以上，磷的纯度保持在83.3％以上，同时氨氮去除率稳定在91.1％以上，回收氨水纯度保持在86.1％以上。证明增加停留时间可以提高氮磷的回收性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，所用装置包括依次并列设置的阳极集流电极（1）、第二阴离子交换膜（2）、磷回收室（3）、第一阴离子交换膜（4）、离子分离室（5）、第一阳离子交换膜（6）、氮回收室（7）、第二阳离子交换膜（8）以及阴极集流电极（9）；
所述的离子分离室（5）用于使废水通过并脱除阴阳离子；
所述的磷回收室（3）用于使磷提取液通过，将磷回收室（3）中的磷酸根离子、磷酸氢根离子或磷酸二氢根离子质子化为磷酸并回收；
所述的氮回收室（7）用于使氮提取液通过，将氮回收室（7）中的铵根离子转化为氨水并回收；
所述的阳极集流电极（1）与阴极集流电极（9）上分别设有供相应电极接受液通过的阳极室（18）与阴极室（19）；
所述的磷回收室（3）内还设有阳极穿透电极（14），所述的氮回收室（7）内还设有阴极穿透电极（15）；所述的阳极集流电极（1）与阴极集流电极（9）之间设有第一电源（16），所述的阳极穿透电极（14）与阴极穿透电极（15）之间设有第二电源（17）；
回收方法包括：将电极接受液分别通入阳极室（18）与阴极室（19），将磷提取液通入磷回收室（3），将废水通入离子分离室（5），分别对阳极集流电极（1）与阴极集流电极（9）、阳极穿透电极（14）与阴极穿透电极（15）施加电压，所得磷回收室（3）的出水即为高纯磷酸溶液，所得氮回收室（7）的出水即为高纯氨水溶液，所得离子分离室（5）的出水即为淡水溶液；
其中，所述的阳极集流电极（1）与阴极集流电极（9）之间的电压为0.2-5 V；所述的阳极穿透电极（14）与阴极穿透电极（15）之间的电压为1.2-10 V。
2.根据权利要求1所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，所述的阳极穿透电极（14）与阴极穿透电极（15）呈多孔结构或网状结构。
3.根据权利要求2所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，
所述的磷回收室（3）与氮回收室（7）的厚度为1-5 mm，所述的阳极穿透电极（14）与阴极穿透电极（15）的厚度为0.05-2 mm；
所述的多孔结构与网状结构的孔径为1-5000 μm。
4.根据权利要求2所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，所述的阳极穿透电极（14）的材质包括铂、钛、铝、石墨、碳纤维、碳布、碳纸中的至少一种；
所述的阳极穿透电极（14）与阴极穿透电极（15）的比表面积均控制在0.001-10 m2/g。
5.根据权利要求2所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，所述的阴极穿透电极（15）的材质包括铂、钛、铝、银、铜、不锈钢、石墨、碳纤维、碳布、碳纸中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，
该装置还包括磷酸回收池（12）、氨水回收池（13），以及电极接受液池（20）；
所述的磷酸回收池（12）与磷回收室（3）循环连通，所述的氮回收室（7）与氨水回收池（13）循环连通，所述的阳极室（18）及阴极室（19）分别与电极接受液池（20）循环连通。
7.根据权利要求1所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，
该装置还包括废水池（10）与淡水池（11），或者废水循环池（21）；
所述的离子分离室（5）的进液口与废水池（10）相连通，出液口与淡水池（11）相连通；或者，所述的离子分离室（5）与废水循环池（21）循环连通。
8.根据权利要求1所述的一种废水中氮磷同步回收方法，其特征在于，该方法包括以下条件中的任一项或多项：
A）所述的废水在离子分离室（5）中的停留时间为20-50 min；
B）所述的磷提取液在磷回收室（3）中的停留时间为5-30 min；
C）所述的氮提取液在氮回收室（7）中的停留时间为5-30 min；
D）所述的废水在离子分离室（5）中的停留时间、磷提取液在磷回收室（3）中的停留时间以及氮提取液在氮回收室（7）中的停留时间之比为(1-3):(1-15):(1-3)；
E）所述的废水pH为3.5-9.5；
F）所述的磷提取液pH不大于2；
G）所述的磷提取液中的溶质包括盐酸、硝酸或硫酸中的至少一种；
H）所述的氮提取液pH不低于9.5；
I）所述的氮提取液中的溶质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
J）集流电极对与穿透电极对施加的电压之比为(1:5)-(3:1)；
K）所述的电极接受液为含5-15 wt%活性炭的悬浮液；所述的电极接受液中还包括NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3中的至少一种。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述的方法的应用，其特征在于，所述的方法用于含铵根废水或含磷废水中氮元素和/或磷元素的高纯回收。
CN202110426850.8A 2021-04-20 2021-04-20 一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用 Active CN113184952B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110426850.8A CN113184952B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110426850.8A CN113184952B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113184952A CN113184952A (zh) 2021-07-30
CN113184952B true CN113184952B (zh) 2022-10-25

Family

ID=76977766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110426850.8A Active CN113184952B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113184952B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113816542B (zh) * 2021-10-26 2023-04-18 福建船政交通职业学院 回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统及方法
CN114044699A (zh) * 2021-11-22 2022-02-15 同济大学 一种新鲜尿液中尿素和磷的同步分离回收方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011028264A2 (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Sun Catalytix Corporation Methods and systems involving materials and electrodes for water electrolysis and other electrochemical techniques
CN106044970A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 东北大学 一种基于流动电极电容去离子（fcdi）脱盐的方法及应用
US9499422B1 (en) * 2009-07-24 2016-11-22 Scimist Corporation Technologies, functions, and applications of SCIMIST
WO2017071116A1 (zh) * 2015-10-30 2017-05-04 中国石油化工股份有限公司 废水处理方法和处理系统与分子筛制备方法和制备系统
CN107055884A (zh) * 2017-03-31 2017-08-18 常州大学 一种氮磷废水分离处理装置
CN108675404A (zh) * 2018-05-17 2018-10-19 华南师范大学 一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法及其应用
CN110023542A (zh) * 2017-01-26 2019-07-16 旭化成株式会社 复极式电解槽、碱水电解用复极式电解槽以及氢制造方法
CN110902895A (zh) * 2019-10-31 2020-03-24 重庆大学 一种垃圾渗滤液中氨氮去除与回收的电化学膜分离方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104150681B (zh) * 2014-06-23 2015-08-19 清华大学 一种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9499422B1 (en) * 2009-07-24 2016-11-22 Scimist Corporation Technologies, functions, and applications of SCIMIST
WO2011028264A2 (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Sun Catalytix Corporation Methods and systems involving materials and electrodes for water electrolysis and other electrochemical techniques
WO2017071116A1 (zh) * 2015-10-30 2017-05-04 中国石油化工股份有限公司 废水处理方法和处理系统与分子筛制备方法和制备系统
CN106044970A (zh) * 2016-07-20 2016-10-26 东北大学 一种基于流动电极电容去离子（fcdi）脱盐的方法及应用
CN110023542A (zh) * 2017-01-26 2019-07-16 旭化成株式会社 复极式电解槽、碱水电解用复极式电解槽以及氢制造方法
CN107055884A (zh) * 2017-03-31 2017-08-18 常州大学 一种氮磷废水分离处理装置
CN108675404A (zh) * 2018-05-17 2018-10-19 华南师范大学 一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法及其应用
CN110902895A (zh) * 2019-10-31 2020-03-24 重庆大学 一种垃圾渗滤液中氨氮去除与回收的电化学膜分离方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113184952A (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110065958B (zh) 一种集成选择性电渗析和选择性双极膜电渗析处理盐湖卤水制备氢氧化锂的方法
CN103864249B (zh) 一种由盐湖卤水提取氢氧化锂的方法
CN113184818B (zh) 一种源分离尿液中高纯氮磷回收装置及其回收方法与应用
CN111268771A (zh) 一种焚烧飞灰水洗液脱氯除重金属的电化学方法
CN113184952B (zh) 一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用
CN102718350B (zh) 一种电镀含氰废水零排放回用处理方法
CN110902895A (zh) 一种垃圾渗滤液中氨氮去除与回收的电化学膜分离方法
CN216073170U (zh) 一种用于盐湖提锂的多通道电渗析装置
CN108689522A (zh) 一种光伏行业混酸废水的处理及资源化回收方法
CN108862490B (zh) 一种利用导电正渗透工艺回收废水中氮磷的装置及方法
CN102701497A (zh) 一种从电镀含氰废水中回收利用氰化物的方法
CN110902898B (zh) 镁阳极电渗析法去除污水中氮磷的装置及其方法
CN113979520B (zh) 一种电化学耦合功能膜回收废水中氨氮的装置及方法
CN111675394A (zh) 一种高盐工业废水资源回收处理系统和方法
CN204550306U (zh) 一种脱硫废水协同脱汞的系统
CN107098445B (zh) 一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法
CN103341321A (zh) 粘胶纤维硫酸钠废液经双极膜电渗析法回收酸碱的工艺
Cao et al. Construction of bipolar membrane electrodialysis reactor for removal and recovery of nitrogen and phosphorus from wastewater
CN111253005B (zh) 一种厌氧发酵液资源化的方法
CN110937728A (zh) 一种脱硫废水的处理方法及处理系统
CN111302552A (zh) 一种垃圾渗滤液浓缩液资源化利用系统及方法
CN113620501B (zh) 一种框板式复极电化学膜反应系统及其在高含镁盐湖卤水预处理中的应用
CN114044699A (zh) 一种新鲜尿液中尿素和磷的同步分离回收方法
CN111378984B (zh) 一种电解氯化铵废水制氯气及次氯酸钠的装置及方法
CN114807993A (zh) 一种含盐废水光伏电解脱盐制氢系统和工艺

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant