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技术方案

本发明专利技术公开了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，系统包括电解槽、膜反应器和废水槽；电解槽两侧通过双极膜分隔有阴极室和阳极室，阴极室和阳极室之间设有一个以上处理单元，处理单元包括依序设置的硫酸铵室、废水室、稀土离子室和氨水室，硫酸铵室与废水室之间设有阴离子交换膜，废水室与稀土离子室之间设有阳离子交换膜，稀土离子室与氨水室之间设有二价阳离子交换膜；膜反应器具有第一腔室和第二腔室，第一腔室与电解槽的硫酸铵室连接且用于输出含硫酸铵的溶液至硫酸铵室，第二腔室与电解槽的氨水室通过第二管路连接；废水槽与废水室通过第三管路连接，本方案实施可靠、对环境友好且资源化处理效果佳。对环境友好且资源化处理效果佳。对环境友好且资源化处理效果佳。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及废水资源化处理
，尤其涉及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。

技术介绍

[0002]离子吸附型稀土矿是由各类含稀土的岩石经过长期的风化作用形成的一类具有重要战略意义的富含中重稀土的特色资源和基础材料，已经列为我国的保护性开采资源。离子吸附型稀土矿中稀土主要以水合离子的形式吸附在粘土矿物上，当它遇到性质较活泼的阳离子时能被其交换解吸。目前常将硫酸铵作为浸取剂注入到矿体中，稀土离子与NH
4+
发生离子交换后汇集至水冶车间，然后通过添加碳酸氢铵等试剂进行沉淀富集，得到碳酸盐稀土产品。该过程的最大优点是不需剥离表土和开挖山体，不会产生大量尾矿，但在浸矿和沉淀过程中会使用大量的硫酸铵和碳酸氢铵，会产生大量含有NH
4+
和低浓度稀土元素的废水，存在较大的生态环境风险。目前，如何对该类废水中的NH
4+
和低浓度稀土进行回收，实现环境保护和经济效益的双重作用，已成为行业关注的焦点。
[0003]目前，含有大量NH
4+
的低浓度稀土废水(稀土离子浓度通常低于0.1g/L)的处理方法主要包括反渗透、离子交换、溶剂萃取和吸附等。反渗透具有常温操作、设备简单、占地少、操作方便等优点，但其应用条件较为苛刻，需要对废水进行预处理，同时存在能耗高、原水利用率低等缺点，限制了其广泛应用。离子交换法回收废水中低浓度稀土过程中，存在选择性差，树脂交换容量小等问题，这主要是因为低浓度稀土废水中除了含有低浓度稀土成份外，还含有大量的NH
4+
、Ca
2+
、Al
3+
等离子，影响了离子交换树脂的选择性和交换容量。溶剂萃取过程中通常使用大量的易挥发、伤害大的有机萃取剂，对环境污染较大。吸附法具有操作简单、吸附剂价格低、能耗低等优点，但其存在选择性差，吸附剂易饱和吸附剂易损失等缺点。由此可见，现有处理含NH
4+
低浓度稀土废水方法均存在一些明显的缺点，且难以实现低浓度稀土和NH
4+
的同时回收。因此，开发一种能够同时回收废水中的NH
4+
和低浓度稀土的系统及方法是非常具有现实意义和应用前景的课题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种实施可靠、对环境友好、资源化处理效率高且稳定的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。
[0005]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其包括电解槽、膜反应器和废水槽；
[0007]所述电解槽的两侧分别通过双极膜分隔有阴极室和阳极室，所述阴极室通过阴极板接入外部电源负极，所述阳极室通过阳极板接入外部电源正极，所述阴极室和所述阳极室之间设置有一个以上处理单元，该处理单元包括沿阳极室至阴极室方向依序设置的硫酸铵室、废水室、稀土离子室和氨水室，其中，硫酸铵室与废水室之间设有阴离子交换膜，所述
废水室与稀土离子室之间设有阳离子交换膜，所述稀土离子室与氨水室之间设有二价阳离子交换膜；
[0008]所述膜反应器具有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与电解槽的硫酸铵室通过第一管路连接且用于输出含硫酸铵的溶液至硫酸铵室，所述第二腔室与电解槽的氨水室通过第二管路连接；
[0009]所述废水槽与废水室通过第三管路连接且将含氨氮和稀土离子的废水供应至废水室中；
[0010]其中，第一管路、第二管路和第三管路上均设有泵。
[0011]作为一种可能的实施方式，进一步，所述硫酸铵室通过第四管路与第一腔室连通且用于将含硫酸溶液输入至第一腔室；所述氨水室通过第五管路与第二腔室连通且用于将含氨水溶液输入到第二腔室，所述第四管路和所述第五管路上均设有泵；所述第一腔室和第二腔室之间设有气体分离膜，该气体分离膜用于第二腔室中的氨气在预设气体分压下，进入到第一腔室中。
[0012]作为一种较优的实施选择，优选的，所述废水室通过第六管路与废水槽连通且用于将废水回流会废水槽，所述第六管路上设有泵。
[0013]作为一种较优的实施选择，优选的，所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路上的泵均为蠕动泵。
[0014]作为一种可能的实施方式，进一步，所述阴极板和阳极板均为钛板，具体可以为钌铱钛板。
[0015]作为一种可能的实施方式，进一步，所述处理单元的数量为一个、两个或三个。
[0016]作为一种可能的实施方式，进一步，所述电化学系统的电流密度为4～16mA/cm2。
[0017]基于上述系统方案，本专利技术还提供一种含氨氮和/或稀土离子废水资源化处理系统，其包括上述所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统。
[0018]基于上述系统方案，本专利技术还提供一种回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学方法，其包括上述所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，所述电化学方法包括：以预设电流密度接入到电解槽中，然后将废水槽中含氨氮和稀土离子的废水供应至废水室中，同时，按预设频率或流速将膜反应器的第一腔室中的含硫酸铵的溶液输送至硫酸铵室；
[0019]进入废水室的废水中含有的SO
42
‑
在电场作用下通过阴离子交换膜进入到硫酸铵室，在硫酸铵室中与H
+
离子结合生成H2SO4，而硫酸铵室中含有H2SO4的溶液按预设频率或流量被输送至膜反应器的第一腔室中；
[0020]进入废水室的废水中含有的阳离子在电场作用下通过阳离子交换膜向阴极室方向迁移进入到稀土离子室，其中，大于二价的高价阳离子被二价阳离子交换膜阻挡而无法继续进入到氨水室，而废水中的二价以内的NH
4+
、Ca
2+
、Mg
2+
阳离子通过二价阳离子交换膜进入到氨水室中，在氨水室高pH条件下，Ca
2+
、Mg
2+
与OH
‑
结合形成Ca(OH)2和Mg(OH)2沉淀，实现废水中氨氮、稀土离子的分离和富集；
[0021]氨水室按预设频率或流速将含氨水的溶液输送至膜反应器的第二腔室中，第二腔室内产生的氨气经气体分离膜进入到第一腔室中，第二腔室还按预设频率或流速将溶液输送至氨水室内。
[0022]本方案的双极膜电渗析(BMED)是将双极膜(BPM)引入电渗析(ED)组成的一种新型的电渗析系统，其结合BPM在直流场作用下可将中间层的水分子(H2O)解离为H
+
和OH
‑
(如附图1)，以及ED对废水中的阴、阳离子进行分离富集性能，BMED常被用于处理含盐废水的治理，并将盐转化为相对应的酸和碱(如附图2)。
[0023]作为一种可能的实施方式，进一步，所述电解槽、膜反应器均为尼龙材质成型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其特征在于，其包括电解槽、膜反应器和废水槽；所述电解槽的两侧分别通过双极膜分隔有阴极室和阳极室，所述阴极室通过阴极板接入外部电源负极，所述阳极室通过阳极板接入外部电源正极，所述阴极室和所述阳极室之间设置有一个以上处理单元，该处理单元包括沿阳极室至阴极室方向依序设置的硫酸铵室、废水室、稀土离子室和氨水室，其中，硫酸铵室与废水室之间设有阴离子交换膜，所述废水室与稀土离子室之间设有阳离子交换膜，所述稀土离子室与氨水室之间设有二价阳离子交换膜；所述膜反应器具有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与电解槽的硫酸铵室通过第一管路连接且用于输出含硫酸铵的溶液至硫酸铵室，所述第二腔室与电解槽的氨水室通过第二管路连接；所述废水槽与废水室通过第三管路连接且将含氨氮和稀土离子的废水供应至废水室中；其中，第一管路、第二管路和第三管路上均设有泵。2.如权利要求1所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其特征在于，所述硫酸铵室通过第四管路与第一腔室连通且用于将含硫酸溶液输入至第一腔室；所述氨水室通过第五管路与第二腔室连通且用于将含氨水溶液输入到第二腔室，所述第四管路和所述第五管路上均设有泵；所述第一腔室和第二腔室之间设有气体分离膜，该气体分离膜用于第二腔室中的氨气在预设气体分压下，进入到第一腔室中。3.如权利要求2所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其特征在于，所述废水室通过第六管路与废水槽连通且用于将废水回流会废水槽，所述第六管路上设有泵。4.如权利要求3所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其特征在于，所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路上的泵均为蠕动泵。5.如权利要求1所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其特征在于，所述电解槽、膜反应器均为尼龙材质成型的槽状结构。6.如权利要求1所述的回收低浓度稀土废水中氨氮和稀土离子的电化学系统，其特征在于，所述阴极板和阳极板均为钛板。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓云，廖俊彦，傅钰瑛，陈丽娟，
申请(专利权)人：福建船政交通职业学院，
类型：发明
国别省市：