【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含磷废水处理与资源综合利用，尤其涉及一种含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置及其应用方法。
技术介绍
1、开采的磷矿资源大部分应用于磷肥生产，少部分摄入人与动物体内，绝大部分的磷都会随着径流或尿液、粪便排放于污水之中，故生活污水和磷化工废液中存在大量的磷资源，但磷若随污水过量排放会引起水体富营养化，水体富营养化已被公认为最严重的水污染问题之一。目前含磷废水的工业化处理多采用生物法、化学沉淀法，生物法会产生大量难以处理的含磷污泥，资源化程度低，化学沉淀法需投入大量药剂，且操作过程复杂，资源化产品质量不可控、资源化产物附加值低。
2、磷酸铁又名正磷酸铁，分子式fepo4，理论密度为2.74g·cm-3，在自然界以蓝铁矿的形式存在。磷酸铁可以与结晶水形成不同的水合物，如二水磷酸铁、三水磷酸铁、八水磷酸铁等，其中以二水磷酸铁居多。磷酸铁因其具有独特的离子交换能力、催化特性以及电化学性能，是制备磷酸铁锂正极材料的重要前驱体，因此广泛应用在锂离子电池领域。
3、有鉴于此，有必要设计一种改进的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置及其应用方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置及其应用方法。
2、为实现上述专利技术目的，一方面，本专利技术提供了一种含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，包括：
3、电解槽，所述电解槽的阳极区设有若干阳极电极板，所述电解槽的阴极区设有辊压式活
4、所述电解槽分别与加酸装置、循环液仓及沉淀富集仓连接，且所述循环液仓和所述沉淀富集仓之间设有循环装置，所述循环装置用于使循环液仓和沉淀富集仓连接在一起。
5、优选的，所述加酸装置包括酸液仓，所述酸液仓与所述电解槽之间设有第一管道，所述第一管道上设有耐酸泵和酸液电磁流量控制阀。
6、优选的，所述循环装置包括第三管道和设置在所述第三管道上的循环水泵和循环水电磁流量控制阀，所述第三管道用于使循环液仓和沉淀富集仓相连通，所述耐酸泵、所述酸液电磁流量控制阀、所述循环水泵及所述循环水电磁流量控制阀与所述电解槽上的控制器电性连接。
7、优选的，所述电解槽的顶部设有电解液入料口和循环液入料口，所述循环液入料口与循环液仓相连通；所述电解槽的底部设有出料口，所述出料口与所述沉淀富集仓的入口之间通过第四管道连通，所述第四管道上设有电解槽排液阀。
8、优选的，所述电解槽上设有直流电源、流量控制计、ph检测计及所述控制器，所述ph检测计、所述酸液电磁流量控制阀及所述循环水电磁流量控制阀均与信号发射器电性连接，所述信号发射器与所述控制器电性连接，且所述耐酸泵、所述酸液电磁流量控制阀、所述循环水泵及所述循环水电磁流量控制阀与所述控制器电性连接。
9、优选的，所述阳极电极板的材质为纯铁或铁合金；所述阴极电极板包括依次设置的电极催化层、钛网集流体及疏水层，所述电极催化层的制作工艺如下：将聚四氟乙烯与预处理的vulcan xc72碳粉按照质量百分比为20％的比例与无水乙醇混合均匀，混合均匀后在70℃条件下搅拌，直至形成粘性胶体物质，再用辊压机对该胶体进行反复的碾压，获得加工后形成的胶片，将所述胶片作为电极催化层；所述疏水层中聚四氟乙烯和预处理后的碳粉的质量百分比为70％；将所述电极催化层和所述疏水层堆叠在厚度为0.1mm的钛网集流体的两侧，并在150℃下热压60min，即制得所述阴极电极板。
10、优选的，所述预处理的vulcan xc72碳粉按照如下方式得到：使用0.05mol/l h3po4溶液对vulcan xc72碳粉进行水热处理后，在120℃下回流3小时，料液比为1：500，回流结束后经过滤、沉淀和干燥，即得到所述预处理的vulcan xc72碳粉。
11、另一方面，本专利技术还提供了一种含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置的应用方法，包括如下步骤：
12、s1、从电解质进液口将含磷废水电解液加入到电解槽内后，开启直流电源，阳极电极板、阴极电极板与电解槽内的电解液形成通路，开始发生电解反应；
13、s2、电解后的溶液自电解槽底部的出料口排出，进入到沉淀富集仓内，在沉淀富集仓内被分离成液体和沉淀，沉淀被富集在沉淀富集仓内，液体沿第三管道进入到循环液仓中，之后进入到电解槽再次被电解；设定电解液的ph值为1.4-3.0，电解过程中，通过控制器控制酸液电磁流量控制阀和耐酸泵实时控制酸液仓通入电解槽中的液体量，以满足设定ph值，同时，通过控制器控制循环水电磁流量控制阀和循环水泵实时控制电解液过滤的速率，以使得电解槽的液面高度维持不变；
14、s3、电解结束后，收集沉淀富集仓中的沉淀，用去离子水清洗后，经干燥处理即得到磷酸铁产品。
15、优选的，在步骤s1中，所述含磷废水为含正磷酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐的废水，所述含磷废水的总磷浓度为400-10000ppm；所述直流电源的电流密度为150-1000a/m2，电解所施加的电荷量q与电解液的总磷浓度c、电解液体积v满足如下关系式：q＝4000-5500cv，其中，电荷量q的单位为c，总磷浓度c的单位为ppm，电解液体积v的单位为m3。
16、优选的，在步骤s2中，所述酸液仓中的液体为0.5-1mol/l的硫酸溶液或1-2mol/l的盐酸溶液；在步骤s3中，所述干燥处理的温度为50-110℃，时间为3-5h。
17、本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术提供的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，通过以铁或铁合金为阳极，以特质的辊压式活性碳钛网空气阴极电极板为阴极，即可利用阴极原位产生的h2o2与阳极在电解过程中产生的fe2+一起构成fenton试剂，对含磷废水中的次磷酸盐和亚磷酸盐氧化，并对废水中的cod进行去除，该过程无需额外添加氧化剂和碱液，有效降低了含磷废水的处理成本；同时，上述过程还可利用fe3+与po43-之间的沉淀反应同步制得具有应用价值的磷酸铁，实现了含磷废水中磷的高效去除。通过上述方式，实现了含磷废水的高效处理和资源的回收。
19、2、本专利技术提供的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，通过在电解槽上设置酸液仓，可实时调控电解过程中电解液的ph，以使ph维持在1.4-3.0，确保电解过程持续进行，同时，精准控制电解密度和电解时间，有效避免fe(oh)3等杂质的生成，确保制得的磷酸铁的纯度；通过设置与电解槽形成循环回路的循环液仓和沉淀富集仓，可循环往复地对含磷废水进行处理，确保废水中磷的高效去除。通过上述方式，提供了一种可在高效去除含磷废水中磷的同时制得磷酸铁的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置。
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1.一种含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述加酸装置包括酸液仓，所述酸液仓与所述电解槽之间设有第一管道，所述第一管道上设有耐酸泵和酸液电磁流量控制阀。
3.根据权利要求2所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述循环装置包括第三管道和设置在所述第三管道上的循环水泵和循环水电磁流量控制阀，所述第三管道用于使循环液仓和沉淀富集仓相连通，所述耐酸泵、所述酸液电磁流量控制阀、所述循环水泵及所述循环水电磁流量控制阀与所述电解槽上的控制器电性连接。
4.根据权利要求2所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述电解槽的顶部设有电解液入料口和循环液入料口，所述循环液入料口与循环液仓相连通；所述电解槽的底部设有出料口，所述出料口与所述沉淀富集仓的入口之间通过第四管道连通，所述第四管道上设有电解槽排液阀。
5.根据权利要求3所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述电解槽上设有直流电源、流量控制计、p
6.根据权利要求1所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述阳极电极板的材质为纯铁或铁合金；所述阴极电极板包括依次设置的电极催化层、钛网集流体及疏水层，所述电极催化层的制作工艺如下：将聚四氟乙烯与预处理的Vulcan XC72碳粉按照质量百分比为20％的比例与无水乙醇混合均匀，混合均匀后在70℃条件下搅拌，直至形成粘性胶体物质，再用辊压机对该胶体进行反复的碾压，获得加工后形成的胶片，将所述胶片作为电极催化层；所述疏水层中聚四氟乙烯和预处理后的碳粉的质量百分比为70％；将所述电极催化层和所述疏水层堆叠在厚度为0.1mm的钛网集流体的两侧，并在150℃下热压60min，即制得所述阴极电极板。
7.根据权利要求6所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述预处理的Vulcan XC72碳粉按照如下方式得到：使用0.05mol/L H3PO4溶液对Vulcan XC72碳粉进行水热处理后，在120℃下回流3小时，料液比为1：500，回流结束后经过滤、沉淀和干燥，即得到所述预处理的Vulcan XC72碳粉。
8.一种权利要求1-7中任一权利要求所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置的应用方法，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，在步骤S1中，所述含磷废水为含正磷酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐的废水，所述含磷废水的总磷浓度为400-10000ppm；所述直流电源的电流密度为150-1000A/m2，电解所施加的电荷量Q与电解液的总磷浓度c、电解液体积V满足如下关系式：Q＝4000-5500cV，其中，电荷量Q的单位为C，总磷浓度c的单位为ppm，电解液体积V的单位为m3。
10.根据权利要求8或9所述的应用方法，其特征在于，在步骤S2中，所述酸液仓中的液体为0.5-1mol/L的硫酸溶液或1-2mol/L的盐酸溶液；在步骤S3中，所述干燥处理的温度为50-110℃，时间为3-5h。
...【技术特征摘要】
1.一种含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述加酸装置包括酸液仓，所述酸液仓与所述电解槽之间设有第一管道，所述第一管道上设有耐酸泵和酸液电磁流量控制阀。
3.根据权利要求2所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述循环装置包括第三管道和设置在所述第三管道上的循环水泵和循环水电磁流量控制阀，所述第三管道用于使循环液仓和沉淀富集仓相连通，所述耐酸泵、所述酸液电磁流量控制阀、所述循环水泵及所述循环水电磁流量控制阀与所述电解槽上的控制器电性连接。
4.根据权利要求2所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述电解槽的顶部设有电解液入料口和循环液入料口，所述循环液入料口与循环液仓相连通；所述电解槽的底部设有出料口，所述出料口与所述沉淀富集仓的入口之间通过第四管道连通，所述第四管道上设有电解槽排液阀。
5.根据权利要求3所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述电解槽上设有直流电源、流量控制计、ph检测计及所述控制器，所述ph检测计、所述酸液电磁流量控制阀及所述循环水电磁流量控制阀均与信号发射器电性连接，所述信号发射器与所述控制器电性连接，且所述耐酸泵、所述酸液电磁流量控制阀、所述循环水泵及所述循环水电磁流量控制阀与所述控制器电性连接。
6.根据权利要求1所述的含磷废水处理同步回收磷酸铁的电解装置，其特征在于，所述阳极电极板的材质为纯铁或铁合金；所述阴极电极板包括依次设置的电极催化层、钛网集流体及疏水层，所述电极催化层的制作工艺如下：将聚四氟乙烯与预处理的vu...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺子洋，吴旭，易娟，
申请(专利权)人：湖北华德莱节能减排科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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