CN117623460B - 一种堆叠式电化学回收污水氨氮的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种堆叠式电化学回收污水氨氮的系统和方法，涉及高氨氮污水处理与氨氮资源回收的技术领域。所述系统包含若干个相连的氨氮回收单元，所述氨氮回收单元包括由微孔疏水膜隔开的阳极室和阴极室，阳极室外侧依次设置脱盐室以及副阴极室，阴极室外侧依次设置脱盐室以及副阳极室；阳极室位于微孔疏水膜一侧的内壁上设置有阳极；阴极室位于微孔疏水膜一侧的内壁上设置有阴极；阳极通过外接电路与阴极相连接。本发明集原位产酸碱与膜吸收功能于一体，利用电解水原理，在电化学电极表面自行产酸碱，用于满足污水氨氮回收的酸碱需求，实现低耗能高效回收污水氮资源，收获高品质氮资源，同时收获氢气和氧气。

Description

一种堆叠式电化学回收污水氨氮的系统和方法

技术领域

本发明涉及环境工程中高氨氮污水处理与氨氮资源回收的技术领域，尤其是涉及一种堆叠式电化学回收氨氮的系统和方法。

背景技术

养殖废水、垃圾渗滤液、污泥上清液等含有较高浓度的氨氮，氨氮过量排放会引发水体富营养化等环境问题，导致水生生物死亡、滋生病原菌等现象，严重威胁生态安全和人体健康。传统的脱氮技术是硝化-反硝化和厌氧氨氧化工艺，这些过程不仅将氨氮转化为氮气释放，而且产生了温室气体如一氧化二氮。然而，氨氮作为氮资源生产的基本原料，对粮食安全至关重要。因此，从污水中回收优质氮资源对实现生态文明和保证粮食安全都有重要意义。

在过去的几十年里，国内外开发了各种氨回收技术，回收方法主要有吸附法、离子交换法、化学沉淀法、吹脱法、汽提法和多效蒸发法等。吸附法和离子交换法主要用于低浓度氨氮污水处理，材料的固有容量和再生困难限制了它们的应用；化学沉淀法是利用鸟粪石结晶实现氨氮的回用，但是镁盐、磷酸盐和碱的成本高，且回收产物品质较低；吹脱、汽提法是通过加碱和升温的方式使得污水中氨氮转化为游离氨，再通过吹脱、汽提将其分离并用酸液吸收，但该类过程的酸碱能耗都较高，有氨气泄漏的二次污染风险，且出水需用酸液回调pH；多效蒸发法多用于烟气脱硫产生的高浓度硫酸铵废水的回收利用，但存在设备易腐蚀和能耗高等问题。

近年来，电化学工艺结合膜吸收法通过利用低成本电子实现氨氮的相分离，在产品选择方面具有很好的优势。阴极室生产的大量OH^-离子形成的高pH环境使得NH₄ ⁺反应转化为挥发性NH₃，之后挥发性的NH₃可以通过与膜吸收等技术联用并被硫酸、硝酸等酸性吸附溶液捕获，最终被资源化利用。然而在该系统中，虽然利用水的电解能够有效地降低碱药剂的成本，但是回收氨的吸收液的酸液成本仍然是一个突出的问题。此外，外加循环的方式运送产生的酸液，这一过程也需要大量能耗。

发明内容

针对现有污水氨氮回收技术存在的耗碱、耗酸、耗能及装置复杂等诸多不足，本发明提供了一种堆叠式电化学回收污水氨氮的系统和方法。本发明集产酸碱与膜吸收功能于一体，利用电解水原理，在电化学电极表面自行产酸碱，用于满足污水氨氮回收的酸碱需求，实现低耗能高效回收污水氮资源，收获高品质氮资源，同时收获氢气和氧气。

本发明的技术方案如下：

本发明首先提供了一种堆叠式电化学回收氨氮的系统，包含若干个相连的氨氮回收单元，所述氨氮回收单元包括由微孔疏水膜9隔开的阳极室1和阴极室2，所述阳极室1外侧依次设置第一脱盐室3以及副阴极室5，所述阴极室2外侧依次设置第二脱盐室4以及副阳极室6；

所述阳极室1位于微孔疏水膜9一侧的内壁上设置有阳极10；所述阴极室2位于微孔疏水膜9一侧的内壁上设置有阴极11；所述阳极10通过外接电路与阴极11相连接。

优选的，所述阳极室1与第一脱盐室3之间由阴离子交换膜7间隔；所述第一脱盐室3和副阴极室5之间由阳离子交换膜8间隔；

所述阴极室2与第二脱盐室4之间由阳离子交换膜8间隔；所述第二脱盐室4和副阳极室6由阴离子交换膜7间隔。

优选的，所述副阳极室6在远离阴极室2一侧的内壁上设置副阳极13；所述副阴极室5在远离阳极室1一侧的内壁上设置有副阴极12；所述副阳极13通过外接电路与副阴极12相连接；

所述外接电路包括第一导线14、第二导线15和外接电源16，所述外接电源16用于调节本系统的电压的稳压外接电源。

优选的，所述阳极室1和副阳极室6顶部分别接有集气袋一17和集气袋三19，用于收集氧气；

所述阴极室2和副阴极室5顶部分别接有集气袋二18和集气袋四20，用于收集氢气。

优选的，所述阳极室1内为低浓度电解质溶液；所述阴极室2内为含氨氮污水；所述第一脱盐室3和第二脱盐室4内为盐溶液或者含盐污水；所述副阴极室5内为盐溶液或者含盐污水；所述副阳极室6内为盐溶液或者含盐污水。

优选的，所述若干个氨氮回收单元的结构相似，其中一个单元的副阳极室6为相邻的另一个单元的阳极室1，所述另一个单元的副阴极室5为相邻的第三个单元的阴极室2，以此类推。

更优选的，所述阳极10和副阳极13采用透气的涂覆钛电极，其中涂覆材料包括氧化铱、氧化钽、氧化钌、氧化铅、碳材料的至少一种；所述阴极11和副阴极12采用透气的不锈钢丝网、泡沫镍网、铜网、碳材料电极的至少一种。

更优选的，所述微孔疏水膜9的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；

所述阴离子交换膜7的材料为吡啶季胺型、仲胺型、叔胺型、伯胺型、季胺型或混合胺型膜；

所述阳离子交换膜8的材料为羧酸类型，磷酸类型，膦酸类型，磺酸类型或苯酚磺酸膜。

本发明还提供了一种基于所述系统的堆叠式电化学回收氨氮的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：根据所需要回收的氮目标产物，通过序批式或者连续流方式将待处理的含氨氮污水注入阴极室2；

S2：在阳极室1注入与其对应的低浓度铵盐电解液，在第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阳极室6和副阴极室5中也注入相应的高浓度盐水；

S3：六个室内都注入好相应溶液后，启动外接电源16给系统提供直流电压，系统开始运行；

S4：外加电压下，阴极室2内的电极原位产生OH^-，同时提升阴极室2内的pH，促进污水中的NH₄ ⁺转化为游离氨；阳极室1内的电极原位产生H⁺，阴极室2产生的游离氨在浓度梯度的作用下穿过微孔疏水膜9进入阳极室1，与产生的H⁺结合并转化为NH₄ ⁺，被固定和浓缩在阳极室1，从而维持游离氨的浓度梯度，阴极室2产生的游离氨源源不断地穿过微孔疏水膜9来到阳极室1被回收；

S5：系统正常运行一段时间后，关闭外接电源停止供电，从阳极室1中收获氮回收产物，从集气袋一17和集气袋三19中收获纯净氧气，从集气袋二18和集气袋四20收获氢气。

进一步地，所述阴极室2中注入含氨氮污水，包括但不限于高氨氮工业污水、尿液、垃圾渗滤液、污泥消化液、有机废水消化液、有机废物消化液、养殖沼液。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明设计了阳极-微孔疏水膜-阴极紧贴构型，使得污水氨氮直接在阴极表面局部高pH环境下转化为游离氨并及时跨膜传输至阳极并被阳极表面的酸液吸收。具体过程为：

在处理含氨氮的污水时，在外加电压的情况下，阴极室内的电极原位产生OH^-，在线提升阴极室内的pH，促进污水中的NH₄ ⁺转化为游离氨，并且阴极室产生的游离氨在浓度梯度的作用下穿过微孔疏水膜进入阳极室。

而阳极室内的电极原位产生H⁺，与产生的H⁺结合又转化为NH₄ ⁺，被固定和浓缩在阳极室，从而维持游离氨的浓度梯度，同时阴极产生的游离氨在阳极室被回收。

此外，污水中的其他离子由于受到微孔疏水膜，阳离子交换膜及阴离子交换膜的阻隔，无法到达阳极，使得回收产物的纯度和质量高；阳极和阴极产生的H⁺和OH^-也被及时消耗，使得污水出水和回收液的pH基本不受影响。

同时，本发明通过设计阳极-微孔疏水膜-阴极紧贴构型，可以最大程度减小氨氮传质距离。因此本发明在传统电解水产酸和碱的基础上，无需外加酸碱药剂，就能产生的酸和碱，阴极产碱将污水氨氮转化为游离氨、阳极产酸吸收跨膜而来的游离氨；且同步获得副产品氢气和氧气。

2、本发明首创了解耦阴阳极并可无限堆叠式的电化学系统用于污水氨氮资源回收，以一个单元为例，通过设置阳极10、阴极11、副阳极13和副阴极12，实现解耦电极组件，最大限度降低系统内阻并增强电场力，同时增大系统对氨氮污水的处理量。

本发明的堆叠式系统通过解耦阴阳极组件可以最大限度降低系统内阻并增强电场力，以进一步提高氨氮的预富集作用、提高回收效率并增大处理量。本发明实现了电化学系统自产酸碱回收污水氨氮，收获高质量氮资源，同时出水pH维持在中性状态，利于后续进一步处理处置。

3、总的来说，本发明利用阴极室电解水阴极反应产生OH^-，实现持续产酸的作用；阳极室电解水的阳极反应产生H⁺，实现持续产酸的作用，满足了污水氮磷回收所需的酸碱需求，节约了成本投入，更为经济；产生的碱和酸能及时与污水中的氨氮及游离氨发生反应，从而得到消耗，从而降低了电极的过电位，提高整个系统的电化学效率；通过解耦阴阳极组件最大限度降低堆叠式系统内阻并增强电场力以进一步提高氨氮的预富集作用、提高回收效率并增大处理量；回收污水氮资源的同时收获了副产品氢气和氧气，二者均具有一定的价值。

附图说明

图1为本发明堆叠式系统的结构示意图。图中：

1-阳极室；2-阴极室；3-第一脱盐室；4-第二脱盐室；5-副阴极室；6-副阳极室；7-阴离子交换膜；8-阳离子交换膜；9-微孔疏水膜；

10-阳极；11-阴极；12-副阴极；13-副阳极；14-第一导线；15-第二导线；16-电源；17-集气袋一；18-集气袋二；19-集气袋三；20-集气袋四。

图2为单体式系统结构示意图。

图3为堆叠式系统在处理模拟氨氮污水下各室NH₄ ⁺-N总量分布变化。

图4为堆叠式系统在处理模拟氨氮污水下NH₄ ⁺-N回收率和去除率变化。

图5为堆叠式系统在不同电极位置情况下处理模拟氨氮污水的NH₄ ⁺-N回收率变化。

图6为堆叠式系统在处理模拟尿液污水下NH₄ ⁺-N回收率变化。

图7为单体式系统在处理模拟氨氮污水下NH₄ ⁺-N回收率和去除率变化。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供了一种堆叠式电化学回收氨氮的系统，结构如图1所示，所述系统由若干个结构相似、互相连接的氨氮回收单元组成。以其中一个单元为例，包括阳极室1、阴极室2、分别位于前两者外侧的第一脱盐室3和第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6；

同时包括了放置于阳极室1与阴极室2之间的微孔疏水膜9、用于分隔阳极室1与第一脱盐室3的阴离子交换膜7、用于分隔阴极室2与第二脱盐室4的阳离子交换膜8、用于分隔第一脱盐室3和副阴极室5的阳离子交换膜8、用于分隔第二脱盐室4和副阳极室6的阴离子交换膜7。

在处理含氨氮污水时，所述阳极室1中注入低浓度电解质溶液；第一脱盐室3和第二脱盐室4中注入盐溶液或者含盐污水；副阴极室5中注入盐溶液或者含盐污水；副阳极室6中注入盐溶液或者含盐污水。

所述阴极室2内注入氨氮污水，例如高氨氮工业污水、尿液、垃圾渗滤液、污泥消化液、有机废水消化液、有机废物消化液、养殖沼液等各类污水。

系统中的阳离子交换膜8是从羧酸类型，磷酸类型，膦酸类型，磺酸类型和苯酚磺酸膜中选择一种或多种；阴离子交换膜7是从吡啶季胺型、仲胺型、叔胺型、伯胺型、季胺型和混合胺型膜中选择一种或多种；微孔疏水膜9的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；以上所述的氨氮污水种类、微孔疏水膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜，它们之间可以任意适配、代替。

阳极室1和副阳极室6内分别设置有阳极10和副阳极13，阴极室2和副阴极室5内分别设置有阴极11和副阴极12；阳极10通过外接电路与阴极11相连接；副阳极13通过外接电路与副阴极12相连接；所述外接电路包括第一导线14、第二导线15和外接电源16，所述外接电源16用于调节本系统的电压的稳压外接电源。

本发明的(副)阳极采用金属氧化物涂覆透气的钛电极，其中金属氧化物包括氧化铱、氧化钌、氧化铅、氧化钌氧化铱复合等，(副)阴极采用透气的不锈钢丝网等电极，以上所述电极之间可以任意适配和代替。

本发明其他的氨氮回收单元的结构与上述结构相似，其中一个单元的副阴极室5为另一个单元的阴极室2；或者描述为另一个单元的副阳极室6为与之相连的第三个单元的阳极室1，以此种方式堆叠延伸各个回收单元。

在外加电压的作用下，阴极接受电子，发生水电解还原反应，表面原位产生OH^-和氢气，在电极表面形成一层局部高pH薄层，污水中的氨氮在此转化为游离氨；在浓度梯度的作用下，游离氨穿过微孔疏水膜到达阳极侧；阳极侧的水分子刚好失去电子原位产生H⁺和氧气，在微孔疏水膜附近形成局部低pH薄层，来到阳极侧的游离氨便在此被固定和浓缩，不断维持两侧游离氨的浓度梯度，实现持续吸收氨氮污水中的氮资源。

实施例2：

本实施例提供了一种堆叠式电化学回收氨氮的方式，具体步骤为：

S1：根据所需要回收的氮目标产物，在阴极室2注入待处理的氨氮污水，在阳极室1注入与其对应的低浓度铵盐电解液，在第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阴极室5和副阳极室6中也注入相应的高浓度盐水；

S2：六个室内都注入好相应溶液后，启动外接电源16给系统提供直流电压，系统开始运行；

S3：系统正常运行一段时间后，关闭外接电源停止供电，从阳极室1中收获氮回收产物，从集气袋一17和集气袋三19中收获纯净氧气，从集气袋二18和集气袋四20收获氢气。实现了氨氮污水氮资源回收，同步获得副产品氢气和氧气。

对比例1：

为了与实施案例1中堆叠式系统形成对比，提供了该堆叠式系统的单体系统构型，其示意图如图2所示，包括阳极室、阴极室和脱盐室，同时包括了放置于阳极室与阴极室之间的微孔疏水膜、用于分隔阳极室与脱盐室的阴离子交换膜、用于分隔阴极室与脱盐室的阳离子交换膜；阳极室与阴极室内分别设置有阳极和阴极，阳极室顶部接有气袋用于收集氧气，阴极室顶部接有气袋用于收集氢气。

根据所需要回收的氮目标产物，在阳极室注入与其对应的低浓度铵盐电解液，在脱盐室中也注入相应的高浓度盐水；通过序批式或者连续流方式将氨氮污水注入阴极室，相应地，脱盐室中盐水也相应地采用序批方式或连续流方式更新；然后，三个室内都注入好相应溶液后，启动外接电源给系统提供直流电压，系统开始运行；最后，系统正常运行一段时间后，关闭外接电源停止供电，从阳极室中收获氮回收产物，从气袋中收获氧气和氢气。

应用例1：

一、系统条件

应用实施例1的装置和实施例2的方法处理模拟氨氮污水。阳离子交换膜和阴离子交换膜都来源于美国Membranes International Inc公司，型号分别是AMI-7001AnionExchange Membranes，CMI-7000Cation Exchange Membranes，厚度为0.45±0.025mm。疏水微孔膜购买自迈博瑞生物膜技术(南通)有限公司，型号为带有聚丙烯(PP)支撑层的聚四氟乙烯(PTFE)疏水复合膜，微孔孔径为0.22μm，厚度为200-320μm。阳极采用了碳纸和铱钽钛电极，碳纸型号为HCP020防水碳纸，厚度为0.19±0.01mm，气孔率为75％，铱钽钛电极为氧化铱氧化钽涂层的钛电极，孔隙为菱形网孔3mm×6mm。阴极采用碳纸和不锈钢丝网电极，碳纸电极与阳极相同，不锈钢丝网电极型号为304，60目。

二、实施

在阳极室1内加入120mL的168mg/L NH₄ ⁺-N/L(NH₄)₂SO₄溶液；将120mL的5000mg/LNH₄ ⁺-N/L(NH₄)₂SO₄+3000mg/L Na₂SO₄溶液作为模拟废水加入阴极室2中；将120mL 500mMNa₂SO₄注入第一脱盐室3和第二脱盐室4作为电解液，并通过外接管道将第一脱盐室3和第二脱盐室4连接循环，循环速率是25mL/min，对应的ICHRT为5min；在副阳极室6和副阴极室5均加入浓度150mM的Na₂SO₄溶液保证电导率。整个系统通过并联的方式施加外加电流0.4A，电源为直流电源，电极、离子膜和疏水微孔膜的有效大小均为8cm×8cm。

三、效果

在系统24小时稳定运行后，图3为各室内NH₄ ⁺-N总量分布占比随时间变化绘制的柱状堆叠图，NH₄ ⁺-N在阴极室2中的减少量作为NH₄ ⁺-N去除量，在阳极室1中增加的量作为NH₄ ⁺-N回收量，扩散至副阳极室6、副阴极室5、第一脱盐室3和第二脱盐室4的NH₄ ⁺-N作为损失量。可以看出，随着反应进行，绝大多数的NH₄ ⁺-N都转移到阳极室1内被回收，并且系统运行24h脱盐室中氨氮占比只有7.43％，在4h时只有3.68％，这表明氨氮损失程度较轻。图4为NH₄ ⁺-N回收率和去除率，可以看出系统在运行过程中回收率和去除率的差距始终都不大，在4h、12h、24h的运行期内，回收率分别达到了61.49％、86.27％和89.70％(对应的去除率分别为63.06％、93.10％和95.76％)，而且大部分氨气在最初的4h内就得到了快速回收。此外，从阳极室1和副阳极室6的集气袋一17、集气袋三19中收集到氧气，从阴极室2和副阴极室5的集气袋二18、集气袋四20中收集到氢气。且污水中的其他杂质离子没有进入到阳极室，回收产物是纯净的硫酸铵。

应用例2：

一、系统条件

应用实施例1的装置和实施例2的方法处理模拟氨氮污水，各部件的材料同应用例1。

二、实施

在实施案例1的系统设置基础上，考察堆叠式电化学新生态酸碱驱动膜吸收氨系统中阴、阳极位置的改变对于系统回收性能的影响。保持副阴、阳极的位置不变，通过改变阴、阳极与微孔疏水膜之间的距离，即膜极距考察电极位置的影响。

设置了电极位置①：阴、阳极均贴近微孔疏水膜；电极位置②：阳极膜极距为2cm而阴极贴近微孔疏水膜；电极位置③：阳极贴近微孔疏水膜而阴极膜极距为2cm；电极位置④：阳极膜极距为2cm阴极膜极距为2cm的运行模式。

三、效果

从图5可以看出，阴、阳极贴近微孔疏水膜均有利于氨氮回收效果的提升，运行4h后回收率为64.05％，分别比实验组②、③和④高7.15％、17.36％和24.28％。并且阴极贴近微孔疏水膜设置时对于回收率提高的促进效果比阳极贴近微孔疏水膜更为明显，阴极对于NH₄ ⁺离子的预浓缩作用的重要性再次体现。

应用例3：

一、系统条件

应用实施例1的装置和实施例2的方法处理模拟尿液污水，各部件的材料同应用例1。

二、实施

配置模拟尿液污水(具体成为为14330mg/L NH₄Cl、21161mg/L NH₄HCO₃、7200mg/LNa₂SO₄、333mg/L CaCl₂、241mg/L MgSO₄和450mg/L NaH₂PO₄)，阴极室2中加入模拟尿液污水；配置仅含有28660mg/L NH₄Cl和7200mg/LNa₂SO₄的溶液作为对照试验，同样设置NH₄ ⁺-N浓度为7500mg/L；

阳极室1选择120mL浓度18mM的(NH₄)₂SO₄作为启动吸收液；在第一脱盐室3和第二脱盐室4中均加入120mL浓度为500mM Na₂SO₄溶液，并通过外接管道将第一脱盐室3和第二脱盐室4连接循环，循环速率是25mL/min；在副阳极室6和副阴极室5中均加入浓度150mM的Na₂SO₄溶液保证电导率，直流电源提供0.4A的稳定电流。

三、效果

图6显示模拟尿液组在4h获得了77.20％的回收效率，相比于对照组仅仅降低了6.98％。此外，从阳极室1和副阳极室6的集气袋一17、集气袋三19中收集到氧气，从阴极室2和副阴极室5的集气袋二18、集气袋四20中收集到氢气。且污水中的其他杂质离子没有进入到阳极室，回收产物是纯净的硫酸铵。

应用对比例1：

一、系统条件

应用对比例1的装置和方法处理模拟尿液污水，各部件的材料同应用例1。

二、实施

在阳极室加入体积为25mL，浓度6mM的(NH₄)₂SO₄溶液，其对应的NH₄ ⁺-N浓度为168mg/L；在阴极室加入25mL，浓度为40mM的(NH₄)₂SO₄溶液，其对应的NH₄ ⁺-N浓度为1120mg/L；在脱盐室加入70mL，浓度为80mM的Na₂SO₄溶液。脱盐室外接蠕动泵管，管内容积约为5mL，脱盐室内溶液自循环速率是20mL/min，对应的循环水力停留时间是3.5min。系统的外加电压为4V。

三、效果

图7为单体式系统中NH₄ ⁺-N回收率和去除率，24h时的NH₄ ⁺-N去除率和回收率分别为64.56％和88.37％，二者之间的差异主要源自于脱盐室氨氮损失，且由于单体式系统中电极与位于溶液远端的对电极构成回路，长极距导致系统内阻增加，使得回收效率下降。

通过应用例和对比例应用例可以看到，本发明的阳极-微孔疏水膜-阴极紧贴构型可以最大程度减小氨氮传质距离，如图5所示，减小膜极距能提高产物回收率。并且，由于单体式系统中电极与位于溶液远端的对电极构成回路，长极距导致系统内阻增加，使得回收效率下降(与图4形成对比)，因此，本发明的解耦阴阳极并可无限堆叠式的电化学系统可以最大限度降低系统内阻并增强电场力。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (7)

1.一种堆叠式电化学回收污水氨氮的系统，包含若干个相连的氨氮回收单元，其特征在于，所述氨氮回收单元包括由微孔疏水膜(9)隔开的阳极室(1)和阴极室(2)，所述阳极室(1)外侧依次设置第一脱盐室(3)以及副阴极室(5)，所述阴极室(2)外侧依次设置第二脱盐室(4)以及副阳极室(6)；

所述阳极室(1)位于微孔疏水膜(9)一侧的内壁上设置有阳极(10)；所述阴极室(2)位于微孔疏水膜(9)一侧的内壁上设置有阴极(11)；所述阳极(10)通过外接电路与阴极(11)相连接；

所述阳极室(1)与第一脱盐室(3)之间由阴离子交换膜(7)间隔；所述第一脱盐室(3)和副阴极室(5)之间由阳离子交换膜(8)间隔；

所述阴极室(2)与第二脱盐室(4)之间由阳离子交换膜(8)间隔；所述第二脱盐室(4)和副阳极室(6)由阴离子交换膜(7)间隔；

所述副阳极室(6)在远离阴极室(2)一侧的内壁上设置副阳极(13)；所述副阴极室(5)在远离阳极室(1)一侧的内壁上设置有副阴极(12)；所述副阳极(13)通过外接电路与副阴极(12)相连接；

所述外接电路包括第一导线(14)、第二导线(15)和外接电源(16)，所述外接电源(16)为用于调节本系统的电压的稳压外接电源；

所述阳极室(1)内为低浓度电解质溶液；所述阴极室(2)内为含氨氮污水；所述第一脱盐室(3)和第二脱盐室(4)内为盐溶液或者含盐污水；所述副阴极室(5)内为盐溶液或者含盐污水；所述副阳极室(6)内为盐溶液或者含盐污水。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阳极室(1)和副阳极室(6)顶部分别接有集气袋一(17)和集气袋三(19)，用于收集氧气；

所述阴极室(2)和副阴极室(5)顶部分别接有集气袋二(18)和集气袋四(20)，用于收集氢气。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述若干个氨氮回收单元的结构相似，其中一个单元的副阳极室(6)为相邻的另一个单元的阳极室(1)，所述另一个单元的副阴极室(5)为相邻的第三个单元的阴极室(2)，以此类推。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阳极(10)和副阳极(13)采用透气的涂覆钛电极，其中涂覆材料包括氧化铱、氧化钽、氧化钌、氧化铅、碳材料的至少一种；所述阴极(11)和副阴极(12)采用透气的不锈钢丝网、泡沫镍网、铜网、碳材料电极的至少一种。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微孔疏水膜(9)的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；

所述阴离子交换膜(7)是从吡啶季胺型、仲胺型、叔胺型、伯胺型、季胺型和混合胺型膜中选择一种或多种；

所述阳离子交换膜(8)是从羧酸类型，磷酸类型，膦酸类型，磺酸类型和苯酚磺酸膜中选择一种或多种。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述系统的堆叠式电化学回收氨氮的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：根据所需要回收的氮目标产物，通过序批式或者连续流方式将待处理的含氨氮污水注入阴极室(2)；

S2：在阳极室(1)注入与其对应的低浓度铵盐电解液，在第一脱盐室(3)、第二脱盐室(4)、副阳极室(6)和副阴极室(5)中也注入相应的高浓度盐水；

S3：六个室内都注入好相应溶液后，启动外接电源(16)给系统提供直流电压，系统开始运行；

S4：外加电压下，阴极室(2)内的电极原位产生OH^-，同时提升阴极室(2)内的pH，促进污水中的NH₄ ⁺转化为游离氨；阳极室(1)内的电极原位产生H⁺，阴极室(2)产生的游离氨在浓度梯度的作用下穿过微孔疏水膜(9)进入阳极室(1)，与产生的H⁺结合并转化为NH₄ ⁺，被固定和浓缩在阳极室(1)，从而维持游离氨的浓度梯度，阴极室(2)产生的游离氨源源不断地穿过微孔疏水膜(9)来到阳极室(1)被回收；

S5：系统正常运行一段时间后，关闭外接电源停止供电，从阳极室(1)中收获氮回收产物，从集气袋一(17)和集气袋三(19)中收获纯净氧气，从集气袋二(18)和集气袋四(20)收获氢气。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阴极室(2)中注入含氨氮污水，包括但不限于高氨氮工业污水、尿液、垃圾渗滤液、污泥消化液、有机废水消化液、有机废物消化液、养殖沼液。