申请日2017.08.21
公开(公告)日2018.03.06
IPC分类号C02F9/06; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本实用新型公开了一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学系统，包括电解池、外加电源、阳极电极、阴极电极、外电路、鸟粪石沉淀回收斗、曝气装置压缩机、曝气装置管线和曝气装置曝气头;电解池下部为鸟粪石沉淀回收斗，鸟粪石沉淀回收斗的底部具有鸟粪石沉淀回收斗口，电解池的上部具有进水口和出水口，阳极电极和阴极电极置于电解池中，阳极电极和阴极电极之间连接外加电源和外电路，曝气装置曝气头置于电解池中，曝气装置曝气头通过曝气装置管线与曝气装置压缩机连通。本实用新型对高氨氮高磷化废水进行简单的除杂以后，通过电解池的电解反应使得电极反应产物Mg2+和高氨氮高磷化废水中NH4+、PO43‑能够均匀快速的形成鸟粪石沉淀回收。
权利要求书
1.一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学系统，其特征在于：包括电解池(1)、进水口(2)，外加电源(31)、阳极电极(32)、阴极电极(33)、外电路(34)、出水口(4)、鸟粪石沉淀回收斗(5)、鸟粪石沉淀回收斗口(51)、曝气装置压缩机(61)、曝气装置管线(62)和曝气装置曝气头(63);电解池(1)下部为鸟粪石沉淀回收斗(5)，鸟粪石沉淀回收斗(5)的底部具有鸟粪石沉淀回收斗口(51)，电解池(1)的上部具有进水口(2)和出水口(4)，阳极电极(32)和阴极电极(33)置于电解池(1)中，阳极电极(32)和阴极电极(33)之间连接外加电源(31)和外电路(34)，曝气装置曝气头(63)置于电解池(1)中，曝气装置曝气头(63)通过曝气装置管线(62)与曝气装置压缩机(61)连通。
2.根据权利要求1所述的一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学系统，其特征在于：所述的阴极电极(33)采用碳板、碳棒、铜板或铜棒，阳极电极(32)采用镁板或镁棒。
说明书
一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学系统
技术领域
本实用新型涉及一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学系统，属于废水处理与资源化利用领域。
背景技术
对高氨氮高磷化废水而言，如果不经过前处理去除大部分的氮磷，则会导致生物处理系统处理负荷过高而无法正常运行。传统的化学除磷工艺是在生物除磷的基础上辅以化学沉淀除磷，无法克服化学污泥产量大、磷资源难以回收利用的弊端。为了解决这些问题，许多研究者在此基础上通过投加镁源，控制反应条件，借此产生可回收利用的鸟粪石的工艺装置。
鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O，MAP)是一种难溶于水的白色晶体，正菱形晶体结构。0℃时溶解度仅为0.023g/L。常温下，在水中的溶度积为2.5×10-13。其P2O5含量约为58%，是一种极好的缓释肥，自然界中的储量极少。当溶液中含有Mg2+、NH4+以及PO43-，且离子浓度积大于溶度积常数时，会自发沉淀生成鸟粪石，反应式如下：
Mg2++NH4++PO43-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
大多数研究中投加的Mg源为MgCl2，也有采用Mg(OH)2、MgSO4、海水和盐卤水。
虽然化学沉淀工艺能够很大程度上通过回收MAP的方法实现氮磷的资源化利用，但它们依旧存在着一定的不足：需要定时投加药剂，不仅提高了反应成本，同时药剂需要囤积，也增加了管理成本;反应的pH需要严格控制，一旦pH控制不当，都会导致无法形成MAP。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学系统，该系统无需外投药剂，无需调节pH，可解决现在化学沉淀工艺存在的需要定时投加药剂，需要严格控制反应的pH的缺陷。
本实用新型包括电解池、进水口、外加电源、阳极电极、阴极电极、外电路、出水口、鸟粪石沉淀回收斗、鸟粪石沉淀回收斗口、曝气装置压缩机、曝气装置管线和曝气装置曝气头;电解池下部为鸟粪石沉淀回收斗，鸟粪石沉淀回收斗的底部具有鸟粪石沉淀回收斗口，电解池的上部具有进水口和出水口，阳极电极和阴极电极置于电解池中，阳极电极和阴极电极之间连接外加电源和外电路，曝气装置曝气头置于电解池中，曝气装置曝气头通过曝气装置管线与曝气装置压缩机连通。
所述的阴极电极采用碳板、碳棒、铜板或铜棒，阳极电极采用镁板或镁棒。
本实用新型的工作过程：
一、将高氨氮高磷化废水通过管道导入预处理系统，通过砂滤系统进行过滤，得到废水;
二、将上述步骤一得到的废水通过管道导入电解池中，为电解装置通一定电压的直流电，为曝气系统的曝气装置曝气头通入一定量空气，反应一定时间后，得到沉淀的鸟粪石和废水。
三、沉淀的鸟粪石通过人工刮取或自动刮取，得到的鸟粪石可回收利用。
电解池，用于对上述预处理后的高氨氮高磷化废水进行电解提供反应场所。
曝气装置压缩机、曝气装置管线和曝气装置曝气头构成的曝气装置，用于对电解池进行曝气，目的在于进一步提高电解池中液体pH，同时起到空气搅动作用。
外加电源、阳极电极、阴极电极和外电路构成的电解装置，用于对上述预处理后的高氨氮高磷化废水进行电解，使得电解池中Mg2+、NH4+、PO43-在适当pH情况下形成鸟粪石沉淀。反应式如下：
Mg2++NH4++PO43-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
鸟粪石沉淀回收斗用于对电解池中形成的鸟粪石进行收集，回收再利用。
电解装置是电解池的电解反应系统，采用导电物质作为阴极电极，外接电源为直流电源。工作原理为：为电解系统通入直流电后，阳极电极发生氧化反应，金属镁氧化成Mg2+溶解于水中;阴极电极将H2O中的H+还原为H2和OH-，氢氧根能使pH维持在鸟粪石形成的pH范围内，故无需控制反应pH。Mg2+和高氨氮高磷化废水中NH4+、PO43-在适当pH情况下形成鸟粪石沉淀。电极及沉淀反应方程式如下：
阳极电极:Mg-2e-→Mg2+
阴极电极:2H2O+2e-→2OH-+H2↑
鸟粪石反应:Mg2++NH4++PO43-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
曝气装置是电解池的曝气系统，曝气头置于阳极电极附近，主要作用进一步提高电解池中液体pH，同时起到空气搅动作用，使得Mg2+和高氨氮高磷化废水中NH4+、PO43-能够反应更加均匀，加速鸟粪石的形成与沉淀。
本实用新型对高氨氮高磷化废水进行简单的除杂以后，通过电解池的电解反应使得电极反应产物Mg2+和高氨氮高磷化废水中NH4+、PO43-能够均匀快速的形成鸟粪石沉淀回收。该系统最大有益效果为无需外投药剂，无需调节pH，只需少量电耗便可实现高氨氮高磷化废水中氮磷的资源化回收。