一种高效氮磷回收电化学反应系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高效的氮磷回收电化学反应系统，属于环境工程水处理领域。包括预处理单元、进料箱、提升泵、电解反应池、鸟粪石沉淀池和储液池；阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒相互平行呈错落状态且互相不接触，电极垂直于料液的流向；阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于电解反应池的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小。本发明专利技术采用电化学技术方法处理含磷氨废水，整个系统可实现一体化自动运行操作，具有节能、高效、运行成本低及操作简单等优点。

An efficient electrochemical reaction system for nitrogen and phosphorus recovery

【技术实现步骤摘要】
一种高效氮磷回收电化学反应系统
本专利技术属于环境工程水处理领域，特别涉及一种高效的氮磷回收电化学反应系统。适用于磷化工、畜禽养殖等类型废水的资源化回收氮磷的装置。
技术介绍
当排入水体的氮、磷及有机物等污染物超过其容纳能力时，受纳水体就会发生富营养化或者变黑发臭，使得水体中藻类等水生生物过度生长，进而导致受纳水体失去相应功能。尤其是其中的磷是一种单向流动、日益匮乏的不可再生资源。据预测全球可供开采的磷矿资源只能维持100年左右。而自然界中的磷经使用后最终约80％随污水排放。因此，随着社会的发展和生活的提高，人们对磷资源的需求会进一步加大，污水回收不可再生资源磷的任务势在必行，目前多个国家已对污水磷回收开始投入性生产，其中实现磷资源的最大回收，同时可以获得环境效益和经济效益已成为当前研究广泛关注和研究的热点。我国是磷化工和农业大国，磷化工行业污染很严重，生产废水中具有高含量磷、氟、氨氮等，对环境具有强烈的破坏性。而畜禽养殖过程中产生的大量的粪便和废水，其中养猪场产生的废水最大，一个万头养猪场一年会产生粪尿等排泄量3万吨，其中1.3万吨粪，1.7万吨尿。且养殖废水具有典型的高氨氮、高磷的特征。其中，以电化学磷酸铵镁沉淀法(简称MAP法或鸟粪石法)处理含磷氨废水主要是通过电解反应，阳极部分镁被腐蚀氧化释放大量的镁离子，阴极部分电解水释放大量的氢氧根离子使阴极附近的pH升高，从而达到为反应提供镁离子以及调节pH的目的。而利用该方法回收氮磷，不仅可以减少进入水环境的氮、磷量，而且可以实现氨氮和磷酸根离子的资源化回收利用，同时相对于其它技术方法(如药剂法等)不需要额外使用药剂调pH。电化学鸟粪石法回收氮磷操作简单，其基本反应原理如下所示：阳极反应：Mg-2e—→Mg2+阴极反应：2e—+2H2O→H2+2OH—总反应：Mg2++NH4++PO43-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓现有技术存在电化学反应系统存在电能供应的问题，电解反应不充分，以及鸟粪石沉淀形成不高效等技术问题。且基于2018年生态环境部和发展改革委两部门印发的《长江保护修复攻坚战行动计划》的总体要求，深入贯彻并实施“推进三磷综合整治”、“持续改善农村人居环境，遏制农业面源污染”的主要任务，着力提升粪污处理设施装备配套率，在2020年年底前，所有规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到95％以上，生猪等畜牧大县整县实现畜禽粪污资源化利用。因此，研发一套资源化回收氮磷的设备显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中鸟粪石生成速率不快、鸟粪石结晶沉淀不充分，且电化学反应资源化回收氮磷需要提供电能的技术问题。本专利技术提供了一种高效的氮磷回收电化学反应系统，阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒垂直于料液的流向，且阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于分布阳极插入固定管和阴极插入固定管的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小。其目的在于针对含氮磷废水，利用电化学电解技术，电解金属镁合金棒产生的镁离子与废水中含有的氨氮、磷能充分反应，回收氮磷的同时产生具有高附加值的鸟粪石，并通过采用风光互补发电系统提供电能，集成于绿色、清洁、高效、装置有序紧密连接的一体化反应器内，由此解决了常规利用鸟粪石沉淀法回收氮磷过程中鸟粪石生成速率不快、鸟粪石结晶沉淀不充分，且电化学电解需要耗能的技术问题。根据本专利技术的目的，提供了一种高效氮磷回收电化学反应系统，包括预处理单元、进料箱、提升泵、电解反应池、鸟粪石沉淀池和储液池；所述预处理单元通过管道与第一阀门连接，所述第一阀门通过管道与进料箱连接，所述预处理单元用于将料液通过第一阀门输送至进料箱中；所述提升泵通过管道与第二阀门连接，所述第二阀门通过管道与电解反应池连接，所述提升泵用于将进料箱中的料液通过第二阀门泵入电解反应池中；所述电解反应池的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管；所述电解反应池的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管；所述阳极插入固定管用于从电解反应池一侧外壁向电解反应池内插入阳极镁合金棒，并用于固定阳极镁合金棒，使阳极镁合金棒至少有部分暴露在阳极插入固定管外部；所述阴极插入固定管用于从电解反应池相对一侧外壁向电解反应池内插入阴极不锈钢棒，并用于固定阴极不锈钢棒，使阴极不锈钢棒至少有部分暴露在阴极插入固定管外部；所述阳极插入固定管和阴极插入固定管的管口均与密封圈连接，所述密封圈用于使阳极插入固定管和阴极插入固定管密封，防止电解反应池中的电解液流出；所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极不锈钢棒位于电解反应池内部的长度大于分布阳极插入固定管和阴极插入固定管的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的阻拦而减小；所述各个阳极镁合金棒暴露在阳极插入固定管外部的部分依次缠绕在第一导线上，所述各个阴极不锈钢棒暴露在阴极插入固定管外部的部分依次缠绕在第二导线上，所述第一导线和第二导线分别与电源的正极和负极连接；所述电源位于电解反应池的外部，用于提供阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒电解所需的电能；所述电解反应池通过管道与第三阀门连接，所述电解反应池用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口排出；所述储液池环绕鸟粪石沉淀池外周；所述储液池用于收集鸟粪石沉淀池内溢流出来的上清液并通过出水管排出。优选地，所述鸟粪石沉淀池圆柱内部与锥形底部的交界处部连接有滤网；所述滤网上的滤孔直径为0.1mm-1mm；优选地，所述滤网为不锈钢网或滤布。优选地，还包括配电箱和风光互补发电系统；所述提升泵和电源的电源输入口与配电箱连接，所述配电箱与风光互补发电系统连接，所述风光互补发电系统用于为氮磷回收电化学反应系统提供电能，所述配电箱用于将风光互补发电系统输入的直流电转化成交流电，并将所述交流电输送给提升泵和电源。优选地，所述储液池的上端面高于鸟粪石沉淀池的上端面。优选地，所述提升泵与电解反应池之间的管道上连接有流量计，所述流量计用于控制进入电解反应池中的料液的流速。优选地，所述阳极镁合金棒为镁铝合金、镁钛合金或镁锰合金，所述阴极不锈钢棒为镀铬不锈钢棒或镀镍不锈钢棒。优选地，所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒的形状为圆柱状，横截面的直径为2mm-4mm，长度为600mm-800mm。优选地，所述阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒分别大于等于30个。优选地，所述的预处理单元、进料箱、电解反应池、阳极插入固定管、阴极插入固定管和鸟粪石沉淀池的材料均为聚丙烯塑料。优选地，所述阳极镁合金棒依次通过螺丝、垫片和密封圈与阳极插入固定管固定并密封连接，所述阴极不锈钢棒通过螺丝、垫片和密封圈与阴极插入固定管固定并密封连接。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路，阳极镁合金棒和阴极不锈钢棒垂直于料液的流向；阳极镁合金棒位于电解反应池内部的长度加上阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，包括预处理单元(1)、进料箱(2)、提升泵(3)、电解反应池(4)、鸟粪石沉淀池(5)和储液池(6)；所述预处理单元(1)通过管道与第一阀门(9)连接，所述第一阀门(9)通过管道与进料箱(2)连接，所述预处理单元(1)用于将料液通过第一阀门(9)输送至进料箱(2)中；所述提升泵(3)通过管道与第二阀门(10)连接，所述第二阀门(10)通过管道与电解反应池(4)连接，所述提升泵(3)用于将进料箱(2)中的料液通过第二阀门(10)泵入电解反应池(4)中；所述电解反应池(4)的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管(11)；所述电解反应池(4)的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管(12)；所述阳极插入固定管(11)用于从电解反应池(4)一侧外壁向电解反应池(4)内插入阳极镁合金棒(13)，并用于固定阳极镁合金棒(13)，使阳极镁合金棒(13)至少有部分暴露在阳极插入固定管(11)外部；所述阴极插入固定管(12)用于从电解反应池(4)相对一侧外壁向电解反应池(4)内插入阴极不锈钢棒(14)，并用于固定阴极不锈钢棒(14)，使阴极不锈钢棒(14)至少有部分暴露在阴极插入固定管(12)外部；所述阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)的管口均与密封圈(15)连接，所述密封圈(15)用于使阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)密封，防止电解反应池(4)中的电解液流出；所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒(13)位于电解反应池(4)内部的长度加上阴极不锈钢棒(14)位于电解反应池(4)内部的长度大于分布阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)的阻拦而减小；所述各个阳极镁合金棒(13)暴露在阳极插入固定管(11)外部的部分依次缠绕在第一导线(16)上，所述各个阴极不锈钢棒(14)暴露在阴极插入固定管(12)外部的部分依次缠绕在第二导线(17)上，所述第一导线(16)和第二导线(17)分别与电源(18)的正极和负极连接；所述电源(18)位于电解反应池(4)的外部，用于提供阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)电解所需的电能；所述电解反应池(4)通过管道与第三阀门(19)连接，所述电解反应池(4)用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀池(5)中形成沉淀；所述鸟粪石沉淀池(5)为漏斗状，用于收集鸟粪石沉淀并将鸟粪石沉淀通过鸟粪石出口(20)排出；所述储液池(6)环绕鸟粪石沉淀池(5)外周；所述储液池(6)用于收集鸟粪石沉淀池(5)内溢流出来的上清液并通过出水管(21)排出。...

【技术特征摘要】
1.一种高效氮磷回收电化学反应系统，其特征在于，包括预处理单元(1)、进料箱(2)、提升泵(3)、电解反应池(4)、鸟粪石沉淀池(5)和储液池(6)；所述预处理单元(1)通过管道与第一阀门(9)连接，所述第一阀门(9)通过管道与进料箱(2)连接，所述预处理单元(1)用于将料液通过第一阀门(9)输送至进料箱(2)中；所述提升泵(3)通过管道与第二阀门(10)连接，所述第二阀门(10)通过管道与电解反应池(4)连接，所述提升泵(3)用于将进料箱(2)中的料液通过第二阀门(10)泵入电解反应池(4)中；所述电解反应池(4)的其中一侧外壁上分布有多个阳极插入固定管(11)；所述电解反应池(4)的相对一侧外壁上分布有多个阴极插入固定管(12)；所述阳极插入固定管(11)用于从电解反应池(4)一侧外壁向电解反应池(4)内插入阳极镁合金棒(13)，并用于固定阳极镁合金棒(13)，使阳极镁合金棒(13)至少有部分暴露在阳极插入固定管(11)外部；所述阴极插入固定管(12)用于从电解反应池(4)相对一侧外壁向电解反应池(4)内插入阴极不锈钢棒(14)，并用于固定阴极不锈钢棒(14)，使阴极不锈钢棒(14)至少有部分暴露在阴极插入固定管(12)外部；所述阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)的管口均与密封圈(15)连接，所述密封圈(15)用于使阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)密封，防止电解反应池(4)中的电解液流出；所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)相互平行呈错落状态且互相不接触，防止短路；所述阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)垂直于料液的流向；所述阳极镁合金棒(13)位于电解反应池(4)内部的长度加上阴极不锈钢棒(14)位于电解反应池(4)内部的长度大于分布阳极插入固定管(11)和阴极插入固定管(12)的两侧壁之间的距离，使料液的流速由于阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)的阻拦而减小；所述各个阳极镁合金棒(13)暴露在阳极插入固定管(11)外部的部分依次缠绕在第一导线(16)上，所述各个阴极不锈钢棒(14)暴露在阴极插入固定管(12)外部的部分依次缠绕在第二导线(17)上，所述第一导线(16)和第二导线(17)分别与电源(18)的正极和负极连接；所述电源(18)位于电解反应池(4)的外部，用于提供阳极镁合金棒(13)和阴极不锈钢棒(14)电解所需的电能；所述电解反应池(4)通过管道与第三阀门(19)连接，所述电解反应池(4)用于生成鸟粪石絮状物，并将所述鸟粪石絮状物输入鸟粪石沉淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭，王芳，祝国亮，付饶，李俊成，吴丹丹，古月圆，吕航，
申请(专利权)人：湖北美辰环保股份有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42