CN114804304A - 一种电解法回收污水中磷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解法回收污水中磷的方法，具体步骤如下：S1.通过质子交换膜将电解池分成阳极室和阴极室；S2.阳极以纯铁片为电解阳极，阴极采用高导电性碳毡；S3.含磷废水通入阳极室作为阳极液，氯化钠溶液通入阴极室作为电解液；S4.阳极室通入氮气；S5.通过外加电源，正极与铁阳极连接，负极与阴极连接；S6.接通电源，以正负极电子的定向流动，阳极失电子形成亚铁离子，与溶液中的磷结合形成蓝铁矿，同时质子经质子交换膜流向阴极，维持阳极室的pH，形成稳定电流；S7.通过电解法以蓝铁矿方式回收磷。本发明通过外接电源，使电解装置能够平稳运行，通过控制电流电压，实现对任何浓度的含磷废水有效的去除。

Description

一种电解法回收污水中磷的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种电解法回收污水中磷的方法。
背景技术
人们最早直接从鸟粪类磷矿床获得磷用作磷肥，到后来开发自然界存在的其它成因类型的磷矿床，掀开了人类大规模开采利用磷资源的序幕。
随着人口增长以及人类生活水平不断提高，社会对磷的需求越来越高，如何将废水中的“磷去除”转变为“磷回用”成为污水除磷的发展趋势，新型绿色环保磷资源回收技术亟需探寻。
专利CN 110902781 A铁空气燃料电池能够在发电的同时实现磷的有效去除，但是缺点在于磷处理效率的控制较难，其可以在1.2v的电压下将磷以蓝铁矿的形式回收，但是在高磷废水条件下，除磷周期较长，同时在低磷废水中，由于阴阳离子浓度的限制，可能会影响开路电压，达不到预期的去除效果。
另外，原电池装置由于阴阳极的金属溶解特性，很容易造成阴阳极和膜交换区局部的某些离子浓度过高或者过低，即产生浓差极化现象，浓差极化现象可能会影响溶液中蓝铁矿的络合，从而降低反应效率。
铁空气燃料电池在除磷效率方面因含磷浓度的不同而略有差异，在高磷废水条件下，除磷周期较长，同时在低磷废水中，由于阴阳离子浓度的限制，可能会影响开路电压，达不到预期的去除效果。另外由于电解反应难以避免的浓差极化现象，可能会降低反应速率，延长除磷周期。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种电解法回收污水中磷的方法，本发明通过外接电源，使电解装置能够平稳运行，通过控制电流电压，实现对任何浓度的含磷废水有效的去除。
实施本发明的技术方案包括如下步骤：
S1.通过质子交换膜将电解池分成阳极室和阴极室；
S2.阳极以纯铁片为电解阳极，阴极采用高导电性碳毡；
S3.含磷废水通入阳极室作为阳极液，氯化钠溶液通入阴极室作为电解液；
S4.阳极室通入氮气；
S5.通过外加电源，正极与铁阳极连接，负极与阴极连接；
S6.接通电源，以正负极电子的定向流动，阳极失电子形成亚铁离子，与溶液中的磷结合形成蓝铁矿，同时质子经质子交换膜流向阴极，维持阳极室的pH，形成稳定电流；
S7.通过电解法以蓝铁矿方式回收磷。
可优选地，所述电解池被密封，阳极室通入氮气排出其内氧气，阳极液通过蠕动泵导入阳极室，电解液通过蠕动泵导入阴极室。
本发明的有益效果：
1.本发明在低磷或者高磷条件下，磷都能够快速有效的去除；
2.本发明使用了外加电源，外加电源能够提供稳定的电流，保证电解装置的持续稳定运行，并且可以根据含磷浓度的高低选择合适的电流进行电解反应、提高磷去除效率；
3.本发明液相溶质均匀，减小浓差极化现象的影响，通入氮气等惰性气体，氮气鼓泡可以起到类似搅拌的作用，避免电极处局部离子浓度过高或者过低的，减小浓差极化现象的产生，同时赶出溶液中可能存在的溶解氧，提高了蓝铁矿的纯度。
附图说明
图1为电解法除磷效果无氮气和有氮气的实验对比图；
图2为本发明增加了磷的含量进行对照组实验的对比图；
图3为本发明的流程示意图；
其中：1阳极室反应系统，2沉淀收集系统构。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明具体的步骤为：
S1.通过质子交换膜将电解池分成阳极室和阴极室；
S2.阳极以纯铁片为电解阳极，阴极采用高导电性碳毡；
S3.含磷废水通入阳极室作为阳极液，氯化钠溶液通入阴极室作为电解液；
S4.阳极室通入氮气；
S5.通过外加电源，正极与铁阳极连接，负极与阴极连接；
S6.接通电源，以正负极电子的定向流动，阳极失电子形成亚铁离子，与溶液中的磷结合形成蓝铁矿，同时质子经质子交换膜流向阴极，维持阳极室的pH，形成稳定电流；
S7.通过电解法以蓝铁矿方式回收磷。
其中，电解池被密封，阳极室通入氮气排出其内氧气，阳极液通过蠕动泵导入阳极室，电解液通过蠕动泵导入阴极室。
本发明实验装置的电解池采用的两室设计，分为阴阳两极室，为内外环结构，内部为阴极，外部为阳极，阳极室最多可容纳1L阳极液，阴极室可容纳500ml阴极液。
其中，阴阳极使用阳离子交换膜隔开，外接电源输出电压为0-30v，输出电流为0-5A。
实验装置以电解法回收污水中的磷，并回收蓝铁矿以及其他副产物，所得实验数据如表1所示和对比图如图1所示：
表1
Figure BDA0003630242870000031
Figure BDA0003630242870000041
在初始磷为36.5mg/L的条件下，实验装置具有良好的磷回收效果，磷回收率均在90％以上。
考虑到实际市政污水中的磷含量并没有这么高，因此实验采用的阳极液为磷酸二氢钾所配置，实验初始pH为6.25，电解后，阳极室溶液pH值为9.7，阴极室pH＞11。实验装置所进行的反应如下：
阳极:Fe→Fe2++2e-、Fe2+→Fe3++e-(有氧气存在)
Figure BDA0003630242870000042
阴极:2H2O+2e-→H2(g)+2OH-。
阴极室产生氢气，OH-被剩下，因此溶液的pH值升高。
同时增加了磷的含量进行对照组实验，在初始磷为50mg/L的条件下，实验所得数据如表2所示与对比图如图2所示：
表2
时间 磷含量(mg/L) 亚铁含量(mg/L)
1h 43.23963767 40.14551334
2h 39.45771448 65.07679871
3h 22.68933448 88.47210994
4h 9.814110689 123.799515
5h 2.63957994 162.3767179
6h 1.582866108 175.0848828
结果显示，同等条件下(通氮气)，在6小时内，磷的含量也去除了95％以上，并且在阳极液中，观察到溶液呈蓝绿色。
如图1所示，实施例所需实验装置由阳极室反应系统1和沉淀收集系统2构成，含磷废水由蠕动泵进入阳极室反应系统1，阳极室反应系统1中水力停留时间根据外接电源电流的大小，可设置数小时至一天。
在阳极室反应系统1中，内置有铁阳极，铁阳极由0.5mm导线连接至装置外面的直流电源，铁阳极由1cm*10cm*0.5mm的铁板构成，阴极材料使用1cm*10cm*0.5mm高导电性碳毡制成。
通过电解，铁阳极失去电子原位产生亚铁离子。与溶液中的PO4 3-反应生成蓝铁矿。
阳极室通有氮气，氮气的作用可以抑制亚铁离子被氧化为铁离子，并且可以起到搅拌的作用，替代了磁力搅拌器，适当的减少浓差极化现象对反应造成的影响。
通过外接直流电源，反应可控，阳极液中的亚铁离子和溶液中的PO4 3-反应生成蓝铁矿，氢氧化铁(DO存在)，氢氧化亚铁沉淀，在重力作用下沉淀在沉淀收集系统构2中，沉淀收集系统构2底部设置有阀门，可以排出沉淀，然后进一步处理得到沉淀。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电解法回收污水中磷的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1.通过质子交换膜将电解池分成阳极室和阴极室；
S2.阳极以纯铁片为电解阳极，阴极采用高导电性碳毡；
S3.含磷废水通入阳极室作为阳极液，氯化钠溶液通入阴极室作为电解液；
S4.阳极室通入氮气；
S5.通过外加电源，正极与铁阳极连接，负极与阴极连接；
S6.接通电源，以正负极电子的定向流动，阳极失电子形成亚铁离子，与溶液中的磷结合形成蓝铁矿，同时质子经质子交换膜流向阴极，维持阳极室的pH，形成稳定电流；
S7.通过电解法以蓝铁矿方式回收磷。
2.根据权利要求1所述的电解法回收污水中磷的方法，其特征在于，所述电解池被密封，阳极室通入氮气排出其内氧气，阳极液通过蠕动泵导入阳极室，电解液通过蠕动泵导入阴极室。
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