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技术

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目的是针对高氨氮废水中氮磷镁离子浓度不平衡问题，通过构建单室电解体系，牺牲镁阳极，以阴极产氢的方式打破电解平衡，促进溶液pH升高，并且产生的氢气带动氨挥发，实现高氨氮废水以氨回收为主的资源回收方式；同时电解镁可以提供镁源形成磷酸铵镁缓释性肥料，从而提供一种用于高氨氮废水氮资源回收为主，磷酸氨镁缓释性肥料为辅，并伴随氢能产生的梯级资源化方法。

A cascade resource utilization and standard discharge method of high ammonia nitrogen wastewater from environmental toilet urine

An environmental protection toilet urine high ammonia nitrogen wastewater cascade recycling and standard discharge method aims at solving the problem of unbalanced concentration of nitrogen, phosphorus and magnesium ions in high ammonia nitrogen wastewater. By constructing a single chamber electrolysis system, sacrificing magnesium anode, breaking the electrolysis balance by cathode hydrogen production, promoting solution pH to rise, and generating hydrogen to drive ammonia volatilization, realizing ammonia recovery as the main method of high ammonia nitrogen wastewater. At the same time, magnesium electrolysis can provide magnesium source to form magnesium ammonium phosphate slow-release fertilizer, thus providing a cascade resource recovery method for high ammonia nitrogen wastewater, supplemented by magnesium ammonia phosphate slow-release fertilizer and accompanied by hydrogen energy generation.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于环境卫生领域，具体涉及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。
技术介绍
目前，高氨氮废水资源化研究比较成熟的技术为磷酸铵镁化学沉淀法形成鸟粪石缓释性肥料。然而，废水中的氮、磷和镁并不是以等摩尔比例存在，如沼液、垃圾渗滤液、人畜尿液等氨氮含量要远远高于磷和镁，尤其是水解后的尿液，其氨氮含量高达5000-6000mg/L，远远高于磷300-400mg/L，所以需要外加大量的镁源和磷调节离子比例，并且需要外加碱液促进鸟粪石沉淀，这使得该方法的使用成本增加，大大限制了其规模化应用。虽然有研究人员提出通过磷酸氨镁热解产物循环的方式，降低外加药剂成本，但是磷酸氨镁在热解的过程中伴随有焦磷酸镁衍生物的产生，大大降低了氨沉淀的效果和药剂循环次数。针对氮磷镁离子严重不平衡的高氨氮废水，首先应该进行高浓度氨氮的单独回收，然后再考虑化学沉淀的方式，这样不仅可以克服单纯脱氨不彻底性，而且可以减少后续外加大量的化学试剂，降低运行成本；同时可以大幅度的提高资源回收效率。电化学方法通过电解作用提高阴极室溶液pH从而促进氨回收，并且通过牺牲阳极避免了化学试剂的直接投加，反应过程可以通过外电压或电极电势加以调控。目前，电化学法主要是牺牲阳极回收磷资源为主，对于电化学法同时进行尿液中氮、磷和氢能回收的资源化能源化研究鲜见报道。专利申请号201610259921.9公开了双室体系电解镁电极促进pH的增加，外加大量化学试剂，以形成鸟粪石为主的资源回收方式，然后对于剩余的氨采用曝气吹脱，这种方式不符合资源梯级利用原则，并且双室体系中采用高昂的质子交换膜，也大大限制了工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对高氨氮废水中氮磷镁离子浓度不平衡问题，通过构建单室电解体系，牺牲镁阳极，以阴极产氢的方式打破电解平衡，促进溶液pH升高，并且产生的氢气带动氨挥发，实现高氨氮废水以氨回收为主的资源回收方式；同时电解镁可以提供镁源形成磷酸铵镁缓释性肥料，从而提供一种用于高氨氮废水氮资源回收为主，磷酸氨镁缓释性肥料为辅，并伴随氢能产生的梯级资源化方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供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，其特征在于，所述方法步骤主要包括：尿液水解→镁电解与磷酸氨镁回收→氨吹脱与吸收（1）微生物水解尿液释放氨氮由于尿液自然水解周期过长，本专利技术选用本实验室前期筛选的高效微生物促进尿液水解，其中微生物包括假单胞菌、陶厄氏菌和芽孢杆菌中一种或多种组合。通过添加生物载体填料的方式促进微生物密度，其中填料投放比例为液体体积的30%-50%。（2）镁电解与磷酸铵镁（鸟粪石）回收阳极选用电极电势较低的金属电极，优选金属镁板，阴极选用不锈钢、石墨等材料，阳极与阴极表面积相同，电极间距为0.5cm～5cm。为确保产物磷酸氨镁纯度，镁电极含镁质量分数不能低于95%。将水解后的尿液引入电解体系，外加电压≥0.1V，优选外加电压0.2V～0.8V；通过控制外加电压，调节电解体系的pH维持在8-10，同时在电极底部会形成沉淀物，其中主要是磷酸铵镁，反应式：Mg2++NH4++HnPO43-n+6H2O=MgNH4PO4·6H2O+nH+，通过底部排泥的方式回收沉淀物，并进行脱水处理，用于缓释性肥料。其中电极电解反应式如下：阳极发生镁氧化反应：Mg=Mg++e-Mg++H2O=Mg2+=0.5H2+OH-或者Mg=Mg2++2e-，在阴极发生析氢反应：2H++2e-=H2↑④电压调节原则应同时兼顾氨吹脱效率与磷酸铵镁的纯度。虽然过高的pH有利于氨吹脱，但是会降低鸟粪石的纯度，降低肥效。（3）氨吹脱与回收将上述电解后pH升高至8-10的尿液，引入到吹脱体系，通过曝气吹脱氨氮，并采用2～3%的酸吸收液进行氨吸收，其中，酸吸收液为盐酸或硫酸等。所述外加电压可以通过直流稳压电源（DC-POWER）的方式施加，也可以通过恒电位仪控制电极电势的方式施加。所述反应的温度不需刻意控制，常温条件下即可，但是温度的升高对氨回收有促进作用；所述的用于气体吸收的酸吸收液中均加入体积比为50%-70%的塑料填料，增大气液接触面，促进气体吸收效果。本专利技术的有益效果是：对于高氨氮废水在氨回收过程中，避免了外加大量的碱调节pH升高，节约了大量化学试剂，本专利技术通过阳极镁电解打破电离平衡促进体系中pH上升，并且产生的氢气形成的气浮效果促进氨回收。由于镁电极电势较低，所以只需要外加0.1V的电压就可以形成阴极产氢，在相同的产氢水平上，所消耗的电能远远低于传统电解水，能耗低。对于氮、磷比例极不平衡的高氨氮废水，本专利技术通过首先回收氨的方式，大大降低废水中的氨氮浓度，缩小氮磷浓度之间的差距，避免了高氨氮废水单纯鸟粪石沉淀过程中氨过剩或过多补加外源化学试剂；并且以镁电解的方式提供镁源，不需要额外添加化学试剂，操作简单可控。与现有的氮磷回收专利相比，本专利技术通过梯级资源回收方式，达到同时回收氨氮、磷以及产生氢能的综合资源回收效果，并有效的降低了废水中氮磷污染。该方法处理后的尿液出水，无色、无味，且出水满足一级排放标准，可用于循环冲厕使用，节约水资源。附图说明图1为本专利技术工艺流程图。具体实施方式实例1现结合附图对本专利技术作进一步详细说明。首先组装好电解体系，阳极选用柱状的镁棒镁合金材料，阴极选用石墨棒，阳极与阴极表面积相同，电极间距设定为1.5cm，连接外电路；通过直流稳压电源（DC-POWER）的方式施加0.8V的电压；以猪粪厌氧处理后的沼液为处理对象，温度为28±3℃，接通电源，阴极产生大量氢气，并且溶液pH迅速上升至10.0，挥发出氨、氢气等混合气体，经过3%的硫酸吸收环节回收氨氮，然后再通过10%的碱液吸收，进一步纯化氢气，最终得到氢气的含量高达98%，出水水质无色无味，其中氨氮≤0.5mg/L，COD≤60mg/L，总氮≤15mg/L，总磷≤0.3mg/L。阳极和阴极发生的电化学反应如下：阳极发生镁氧化反应：Mg=Mg++e-Mg++H2O=Mg2+=0.5H2+OH-或者Mg=Mg2++2e-，在阴极发生析氢反应：2H++2e-=H2↑④在大量氨氮被回收之后，溶液中的氨氮和磷的摩尔差距越来越小，在阳极镁源的提供下逐步形成鸟粪石沉淀，通过底部排除，在脱水干燥后用作缓释性肥料。当酸吸收液中的氨氮浓度变化不太明显时，低于10%时，基本完成了整个回收环节，排出液体，重新注入废水，进行新一轮处理。研究结果表明吸收液中氨回收率达到80%，产生的鸟粪石纯度高达78%，氢气纯度达到98%。实例2人体尿液中含有较高的氮磷元素，尤其是水解后的尿液其氨氮含量高达5000-6000mg/L，远远高于磷300-400mg/L，实例2以水解的尿液为处理对象，回收氮磷，其他操作与实例1一致，但是尿液水解后其pH自身就可以上升到9.0以上，更有利于氨挥发与鸟粪石沉淀，研究结果表明，氨回收率高达90%，但是鸟粪石纯度只有65%，氢气纯度达到98%，出水水质无色无味，其中氨氮≤1mg/L，COD≤50mg/L，总氮≤15mg/L，总磷≤0.3mg/L。实例3人体尿液中含有较高的氮磷元素，尤其是水解后的尿液其氨氮含量高达5000-6000mg/L，远远高于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保厕所尿液高氨氮废水梯级资源化及达标排放方法，其特征在于：所述资源化方法流程依次是尿液水解→镁电解与磷酸氨镁回收→氨吹脱与吸收；（1）微生物水解尿液释放氨氮；由于尿液自然水解周期过长，本专利技术选用本实验室前期筛选的高效微生物促进尿液水解，其中微生物包括假单胞菌、陶厄氏菌和芽孢杆菌中一种或多种组合；通过添加生物载体填料的方式促进微生物密度，其中填料投放比例为液体体积的30%‑50%；（2）镁电解与磷酸铵镁（鸟粪石）回收；阳极选用电极电势较低的金属电极，优选金属镁板，阴极选用不锈钢、石墨等材料，阳极与阴极表面积相同，电极间距为0.5cm～5cm。

【技术特征摘要】
1.一种环保厕所尿液高氨氮废水梯级资源化及达标排放方法，其特征在于：所述资源化方法流程依次是尿液水解→镁电解与磷酸氨镁回收→氨吹脱与吸收；（1）微生物水解尿液释放氨氮；由于尿液自然水解周期过长，本发明选用本实验室前期筛选的高效微生物促进尿液水解，其中微生物包括假单胞菌、陶厄氏菌和芽孢杆菌中一种或多种组合；通过添加生物载体填料的方式促进微生物密度，其中填料投放比例为液体体积的30%-50%；（2）镁电解与磷酸铵镁（鸟粪石）回收；阳极选用电极电势较低的金属电极，优选金属镁板，阴极选用不锈钢、石墨等材料，阳极与阴极表面积相同，电极间距为0.5cm～5cm。2.为确保产物磷酸氨镁纯度，镁电极含镁质量分数不能低于95%；水解后的尿液引入电解体系，外加电压≥0.1V，优选外加电压0.2V～0.8V；通过控制外加电压，调节电解体系的pH维持在8-10，同时在电极底部会形成沉淀物，其中主要是磷酸铵镁，反应式：Mg2++NH4++HnPO43-n+6H2O=MgNH4PO4·6H2O+nH+，通过底部排泥的方式回收沉淀物，并进行脱水处理，用于缓释性肥料，其中电极电解反应式如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯正远，陈萍，冯正伟，黄玉琳，陈永红，
申请(专利权)人：成都友益佳环保设备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51