一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于尿液废水处理与资源化利用技术领域，提供了一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置及方法。本发明专利技术通过设置阳极室、中间室和阴极室，利用外电路连接阴阳极自发形成的电场对阴阳两极室进行供能，促进离子迁移，同时通过设置阴离子交换膜和阳离子交换膜使中间室尿液中的阴阳离子定向移动，而不带电的尿素留存于中间室，从而实现了尿素的回收。实施例的结果显示，采用本发明专利技术提供的装置处理尿液，测得处理后中间室中尿素的浓度为14.78g/L，磷浓度为12.22mg/L，NH

A device and method for recovering urea and producing guano stone at the same time

【技术实现步骤摘要】
一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置及方法


[0001]本专利技术涉及尿液废水处理与资源化利用
，尤其涉及一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置及方法。

技术介绍

[0002]尿液具有极大的潜在资源性。研究表明，每人平均每年会产出尿液500kg，由此可计算出，每人平均每年排泄的营养元素总量分别为5.7kg氮、0.6kg磷和1.2kg钾，而如果直接将尿液排放，将造成尿液中有用资源的浪费。因此，从源头对尿液进行处理与资源化，以尿液为目标处理液，对尿液中的氮磷等资源进行回收，符合可持续的理念，能够完成食物
‑
能源的循环经济，变废为宝，填补现有的农业肥料的空缺。同时，对尿液进行处理与资源化，可减少污水处理厂进水氮磷浓度，从而降低处理难度、处理能耗及处理成本，获得更为平衡的水
‑
能源
‑
营养关系，具有巨大的环境与经济效益。
[0003]尿素是一种非常有用的资源，它不但可以直接用作肥料，也可以作为选择性还原剂添加到汽车的排气装置中。但是，目前合成尿素的生产工艺能耗高、成本高。而新鲜尿液中含有尿素，如果能对这一资源进行回用，将大大提高尿素的产量，降低其生产成本。
[0004]然而，尿素本身的水解性影响了尿素的回收。当尿液最初从体内排出时，氮是以尿素的形式存在的，当尿液与脲酶接触后，尿素水解形成氨和碳酸氢盐，pH值从6变为9，并导致鸟粪石和羟基磷灰石沉淀的产生。除此之外，由于尿素的难结晶和高温易分解，目前对尿素直接进行提纯的方法比较少，研究中多运用正渗透
‑<br/>膜蒸馏复合膜系统从尿液中分离尿素，但是其耗能大，不具备推广价值。因此，如何从尿液中回收尿素成为了本领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置及方法，本专利技术提供的装置实现了尿液中尿素的高效回收，同时生产了鸟粪石。
[0006]本专利技术提供了一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置，包括腔体、外电路和外循环系统；
[0007]所述腔体包括沿水平方向依次设置的阳极室、中间室和阴极室；
[0008]所述阳极室和中间室之间由阴离子交换膜隔开；所述阴极室和中间室之间由阳离子交换膜隔开；所述阳极室和阴极室分别用于盛放电解液；所述中间室用于盛放待处理尿液；
[0009]所述阳极室和阴极室通过外循环系统相连通；所述外循环系统包括管道和安装于所述管道上的蠕动泵；
[0010]所述阳极室中设置阳极，所述阳极为镁板；所述阴极室中设置阴极，所述阴极为铂碳空气阴极；
[0011]所述外电路包括导线和外电阻；所述阳极与阴极通过导线与外电阻串联。
[0012]优选地，所述中间室的顶部和底部分别设有进水口和出水口，所述进水口和出水口通过管道连通。
[0013]优选地，所述中间室的内部，在进水口和出水口之间设置蛇形微流道。
[0014]优选地，所述阳极室的侧壁设有阳极流入口和阳极流出口，所述阴极室的侧壁设有阴极流入口和阴极流出口，所述阳极流出口与阴极流入口连通，所述阴极流出口与阳极流入口连通。
[0015]本专利技术还提供了一种回收尿素同时生产鸟粪石的方法，使用上述技术方案所述的装置，包括以下步骤：
[0016](1)向中间室中通入待处理尿液，向阳极室和阴极室中分别通入电解液，使阳极和阴极与外电路连通形成原电池进行电解，同时开启蠕动泵使电解液在阳极室和阴极室中循环流动，在阳极室和阴极室得到含鸟粪石的混合液，在中间室得到尿素的水溶液；
[0017](2)过滤所述步骤(1)得到的含鸟粪石的混合液，得到鸟粪石。
[0018]优选地，所述步骤(1)中的待处理尿液在中间室及连通进水口和出水口的管道中进行内循环，所述内循环时待处理尿液的流速为1～5mL/min。
[0019]优选地，所述步骤(1)中的电解液包括硫酸钠溶液或水。
[0020]优选地，所述步骤(1)中电解液在阳极室和阴极室中循环流动的流速为2～10mL/min。
[0021]优选地，所述步骤(1)中待处理尿液中的阳离子包括Na
+
、NH
4+
、H
+
和K
+
，待处理尿液中的阴离子包括PO
43
‑
、Cl
‑
、SO
42
‑
、CO
32
‑
和OH
‑
。
[0022]优选地，所述步骤(2)中过滤所用滤膜的孔径为0.45～0.55μm。
[0023]本专利技术提供了一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置，包括腔体、外电路和外循环系统；所述腔体包括沿水平方向依次设置的阳极室、中间室和阴极室；所述阳极室和中间室之间由阴离子交换膜隔开；所述阴极室和中间室之间由阳离子交换膜隔开；所述阳极室和阴极室分别用于盛放电解液；所述中间室用于盛放待处理尿液；所述阳极室和阴极室通过外循环系统相连通；所述外循环系统包括管道和安装于所述管道上的蠕动泵；所述阳极室中设置阳极，所述阳极为镁板；所述阴极室中设置阴极，所述阴极为铂碳空气阴极；所述外电路包括导线和外电阻；所述阳极与阴极通过导线与外电阻串联。本专利技术通过设置阳极室、中间室和阴极室，利用外电路连接阴阳极自发形成的电场对阴阳两极室进行供能，促进离子迁移，同时通过设置阴离子交换膜和阳离子交换膜使中间室尿液中的阴阳离子定向移动，而不带电的尿素留存于中间室，从而实现了尿素的回收。此外，本专利技术通过管道将阳极室和阴极室相连通，并在管道上安装蠕动泵，实现了阴阳两极室中电解液的循环；而尿液中迁移的铵根离子、磷酸根离子通过阴阳两极室形成的内循环与阳极产生的镁离子以及阴极产生的氢氧根离子汇合并发生化合反应，生成了鸟粪石沉淀，可以作为优质的缓释肥，实现了尿液的资源化利用。实施例的结果显示，采用本专利技术提供的装置处理尿液，测得处理后中间室中尿素的浓度为14.78g/L，磷浓度为12.22mg/L，NH
4+
‑
N浓度为17.75mg/L，尿液的电导率为0.23ms/cm，实现了尿素与其他成分的分离；并且，得到了纯度为85.30％的鸟粪石。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1中回收尿素同时生产鸟粪石的装置的剖视图；
[0025]图2为本专利技术实施例3中磷的去除效果及电导率变化图；
[0026]图3为本专利技术实施例3中得到的鸟粪石的SEM图；
[0027]图4为本专利技术实施例3中得到的鸟粪石的EDS图；
[0028]图5为本专利技术实施例3中氮元素进出水变化图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置，包括腔体、外电路和外循环系统；
[0030]所述腔体包括沿水平方向依次设置的阳极室、中间室和阴极室；
[0031]所述阳极室和中间室之间由阴离子交换膜隔开；所述阴极室和中间室之间由阳离子交换膜隔开；所述阳极室和阴极室分别用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收尿素同时生产鸟粪石的装置，包括腔体、外电路和外循环系统；所述腔体包括沿水平方向依次设置的阳极室、中间室和阴极室；所述阳极室和中间室之间由阴离子交换膜隔开；所述阴极室和中间室之间由阳离子交换膜隔开；所述阳极室和阴极室分别用于盛放电解液；所述中间室用于盛放待处理尿液；所述阳极室和阴极室通过外循环系统相连通；所述外循环系统包括管道和安装于所述管道上的蠕动泵；所述阳极室中设置阳极，所述阳极为镁板；所述阴极室中设置阴极，所述阴极为铂碳空气阴极；所述外电路包括导线和外电阻；所述阳极与阴极通过导线与外电阻串联。2.根据权利要求1所述的回收尿素同时生产鸟粪石的装置，其特征在于，所述中间室的顶部和底部分别设有进水口和出水口，所述进水口和出水口通过管道连通。3.根据权利要求2所述的回收尿素同时生产鸟粪石的装置，其特征在于，所述中间室的内部，在进水口和出水口之间设置蛇形微流道。4.根据权利要求1所述的回收尿素同时生产鸟粪石的装置，其特征在于，所述阳极室的侧壁设有阳极流入口和阳极流出口，所述阴极室的侧壁设有阴极流入口和阴极流出口，所述阳极流出口与阴极流入口连通，所述阴极流出口与阳极流入口连通。5.一种回收尿素同时生产鸟粪石的方法，使用权利要求1～4任一项所述的装置，包括以下步骤：(1)向中间室中通入待处理尿液，向阳极室和阴极室中分别通入电解液，使阳极和阴极与外电路连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元，邓迎迎，张琪，刘鸿，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：