申请日2017.04.26
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F1/469; C01B25/45; C02F101/10; C02F101/16; C02F103/08
摘要
一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法，属于水污染控制与资源再生领域，它包括以下工序：(1)采用前处理方法去除海水中的悬浮性和胶体性颗粒物，然后固液分离，将上清液泵入设置的选择性电渗析系统进行Mg2+的分离和浓缩;(2)将步骤(1)中选择性电渗析系统所得的极液加入含氮磷废水中进行磷酸铵镁结晶沉淀反应，通过投加碱控制反应的pH值稳定在8.0‑11.0直至反应结束;再固液分离，回收得到的沉淀物即为回收的磷酸铵镁产品。本发明所提供的一种利用选择性电渗析从海水中分离、浓缩镁的方法，为废水磷酸铵镁回收提供镁盐，有效降低废水氮磷回收成本，达到促进废水氮磷资源循环利用的目的。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法，其特征在于所述方法步骤为：
(1)采用前处理方法去除海水中的悬浮性和胶体性颗粒物，然后固液分离，将上清液泵入设置的选择性电渗析系统进行Mg2+的分离和浓缩;
(2)将步骤(1)中选择性电渗析系统所得的极液加入含氮磷废水中进行磷酸铵镁结晶沉淀反应，通过投加碱控制反应的pH值稳定在8.0-11.0直至反应结束;再固液分离，得到的沉淀物即为回收的磷酸铵镁产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法，其特征在于所述的海水前处理方法是以下方法组合：混凝、沉淀、过滤和膜滤。
3.根据权利要求1所述的一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法，其特征在于所述的选择性电渗析系统由两侧的电极室及夹在两侧电极室之间的腔室构成;所述腔室包括一个或多个腔室单元，每个腔室单元由依次排列的极液室、浓液室和料液室构成，极液室和浓液室以一价阳离子选择性交换膜(MVK)为间隔，浓液室和料液室以阴离子交换膜(SA)为间隔;若为多个腔室单元，则料液室和下一个腔室单元的极液室以阳离子交换膜(SK)为间隔;与两侧的电极室相邻的腔室单元与电极室之间以单极阳离子交换膜为间隔(PC-SC);与料液室相邻的电极室为阴极室，与极液室相邻的电极室为阳极室，阳极室内设置有与直流电源的正极相连接的阳极板，阴极室设置有与直流电源的负极相连接的阴极板;MVK膜在安装时阳离子交换层朝向阳极室。
4.根据权利要求1所述的一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法，其特征在于所述的选择性电渗析系统运行方法如下：将海水循环泵入选择性电渗析系统的料液室，将浓度不低于0.05 mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的极液室，将浓度不低于0.05 mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的浓液室，将浓度不低于0.05 mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室;通过直流电源向选择性电渗析系统施加直流电进行选择性电渗析，控制电流密度为10-100 mA/cm2，在料液室电导率不低于于5 ms/cm情况下完成海水中镁的分离和浓缩。
5.根据权利要求4所述的选择性电渗析系统，其特征在于料液室中为海水，极液室和浓液室中的强电解质溶液为氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾溶液，电极室中电极清洗溶液为氨基磺酸钠或硫酸钠。
说明书
一种利用选择性电渗析从海水中分离镁并用于废水磷酸铵镁回收的方法
技术领域
本发明属于水污染控制与资源再生领域，具体涉及一种利用电渗析从海水中分离浓缩镁，并将镁盐用于废水磷酸铵镁回收的方法。
背景技术
废水中大量存在的氮磷是水体富营养化的主要原因之一，对水环境质量造成严重的负面影响，已成为当前重大的环境问题。废水中氮磷的去除方法主要包括生物法和物理化学法两大类。生物法具有运行成本低，操作管理简便等特点，但是生物法更适合于处理低浓度的氮磷废水，而物理化学方法处理高浓度的氮磷废水更具有优势。另一方面磷是所有生命形式不可缺少的营养元素，也是重要的化工原料，特别是自然界中磷矿石资源的有限性，使得实现磷资源的循环利用十分必要。磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O，俗称鸟粪石)沉淀法是将Mg2+加入到含有磷酸盐和氨氮的污水中，反应生成难溶的磷酸铵镁沉淀。磷酸铵镁沉淀法不仅可以同时去除和回收氮磷从而降低废水中的氮磷负荷，而且回收到的磷酸铵镁是一种高效的缓释肥，可以在农业上再次利用。
目前，制约磷酸铵镁法产业化应用的瓶颈为该工艺运行成本高，一个重要因素在于镁盐沉淀剂的选择。当前普遍使用的镁盐沉淀剂为MgCl2，也有采用Mg(OH) 2、菱镁矿、MgO作为镁源。然而这些沉淀剂由于价格因素，限制了磷酸铵镁沉淀法的推广应用。海水中广泛存在镁，是废水磷酸铵镁回收工艺一种重要的潜在镁源。然而，海水中镁的浓度较低，直接将海水投加于废水磷酸铵镁沉淀反应不仅稀释了废水中的氮磷浓度，增加了磷酸铵镁回收的难度;而且极大增加了尾水量，造成后续的尾水处理成本。因此，研发经济、可行的海水分离、浓缩镁盐的方法，可大幅降低废水磷酸铵镁回收成本，实现环境与经济的可持续发展。
发明内容
本发明提供了一种利用选择性电渗析从海水中分离、浓缩镁的方法，为废水磷酸铵镁回收提供镁盐，降低废水氮磷回收成本，达到废水中氮磷资源循环利用的目的。本发明的特征在于所述方法步骤为：
(1)采用前处理方法去除海水中的悬浮性和胶体性颗粒物，然后固液分离，将上清液泵入设置的选择性电渗析系统进行镁的分离和浓缩;
(2)将步骤(1)中选择性电渗析系统所得的极液加入到含氮磷废水中进行磷酸铵镁结晶沉淀反应，通过投加碱控制反应的pH值稳定在8.0-11.0直至反应结束;再固液分离，得到的沉淀物即为回收的磷酸铵镁产物;
(3)步骤(1)中所述海水中的悬浮性和胶体性颗粒物的前处理方法是以下方法组合：混凝、沉淀、过滤和膜滤;
(4)步骤(1)中所述的选择性电渗析系统由两侧的电极室及夹在两侧的电极室之间的腔室构成;所述腔室包括一个或多个腔室单元，每个腔室单元由依次排列的极液室、浓液室和料液室构成，极液室和浓液室以一价阳离子选择性交换膜(MVK)为间隔，浓液室和料液室以阴离子交换膜(SA)为间隔;若为多个腔室单元，则料液室和下一个腔室单元的极液室以阳离子交换膜(SK)为间隔;与两侧的电极室相邻的腔室单元与电极室之间以单极阳离子交换膜为间隔(PC-SC);与料液室相邻的电极室为阴极室，与极液室相邻的电极室为阳极室，阳极室内设置有与直流电源的正极相连接的阳极板，阴极室设置有与直流电源的负极相连接的阴极板;MVK膜在安装时阳离子交换层朝向阳极室;
(5)步骤(1)中所述的选择性电渗析系统运行方法如下：将海水循环泵入选择性电渗析系统的料液室，将浓度不低于0.05 mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的极液室，将浓度不低于0.05 mol/L的强电解质溶液循环泵入选择性电渗析系统的浓液室，将浓度不低于0.05 mol/L的电极清洗溶液循环泵入选择性电渗析系统的电极室;通过直流电源向选择性电渗析系统施加直流电进行选择性电渗析，在料液室电导率不低于于5 ms/cm情况下完成海水中镁的分离和浓缩;
(6)步骤(5)中所述的选择性电渗析系统料液室中为海水;所述选择性电渗析系统极液室和浓液室中的强电解质溶液为氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾溶液;所述选择性电渗析系统电极室中电极清洗溶液为氨基磺酸钠或硫酸钠溶液;
(7)步骤(5)中所述的选择性电渗析系统运行的电流密度为10-100 mA/cm2。
本发明提出的方法首先通过预处理去除海水的悬浮性或胶体性的杂质，然后经过选择性电渗析分离和浓缩Mg2+，得到高浓度的含Mg2+浓水(1-10 g/L)用于废水磷酸铵镁回收，可大幅降低废水氮磷回收成本，有助于推动含氮磷废水的资源化处置利用。