[发明专利]一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用

说明书

本发明涉及一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用，装置包括依次并列设置的阳极集流电极、第二阴离子交换膜、磷回收室、第一阴离子交换膜、离子分离室、第一阳离子交换膜、氮回收室、第二阳离子交换膜以及阴极集流电极；离子分离室用于使废水通过并脱除阴阳离子；磷回收室内设有阳极穿透电极，用于将磷回收室中的含磷阴离子质子化为磷酸并回收；氮回收室内设有阴极穿透电极，用于将氮回收室中的铵根离子转化为氨水并回收。与现有技术相比，本发明可实现从废水中回收高品位磷酸和氨水，所得氮磷产品纯度高，满足多种领域的原料纯度要求，可作为肥料，也可作为其他工业原料，具有较为广阔的应用范围，可有效提高废水处理的经济价值。

技术领域

本发明属于废水处理与资源化技术领域，涉及一种废水中氮磷同步回收装置及其回收方法与应用。

背景技术

在处理废水的同时，回收具有高附加值的氮、磷、钾、锂、贵金属等元素，已逐渐成为近几年来较为热门的研究课题。尿液作为生活污水的最主要污染物来源，含有丰富的氮磷资源，因此从源头出发，自尿液中回收氮磷具有非常重要的实际意义。目前，从尿液中回收氮磷技术主要包括沉淀法、膜分离、电化学、吸附等几种方法。其中膜分离法对于废水中的无机盐基本没有选择性，在获得淡水的同时，所有无机盐都被截留在膜的进水一侧，因此很难实现氮磷的独立回收。电化学法是利用电解质组分和电化学两极的酸碱性，促进磷转化为沉淀从而回收磷。化学沉淀法通常将尿液中的磷酸盐转化为鸟粪石、羟基磷灰石、蓝铁矿等晶体矿物，但由于产物中磷的含量、品质较低，沉淀产物作为肥料的肥效较低，在实际应用中仍存在挑战。此外，化学沉淀法虽然可以回收绝大部分磷资源，但对于氮资源的回收效果较差，因此，工艺中仍需要单独回收尿液中的氮资源(如氨氮、尿素)。对于水解尿液，氮物种主要以氨氮形式存在，通常在磷回收工艺前后通过吹脱法、酸吸收法等工艺收集，得到纯度较高的铵盐产品。到目前为止，很少有研究开发出可以实际应用的同步回收氮和磷的技术，更不用说获得高品位的氮和磷产品，从而提高技术的经济效益。

现有废水处理技术中，磷元素的回收主要通过将含磷物种转化为不溶于水的沉淀、晶体等，进而通过固液分离得到；而氮元素的回收则主要通过将含氮物种转化为氨气、硫酸铵或含氨沉淀，再经过分离提纯得到，但上述工艺均存在步骤繁琐、药剂用量大等缺点。同时无论是磷回收还是氮回收，由于产物组分中含有大量杂质元素，导致产物纯度较低，限制了产品的后续利用。

电驱动技术是最近几年发展起来的一种可以与压力驱动、热驱动竞争的离子分离技术，具有分离效果好、能耗低、稳定性好、操作简单等优点。更重要的是，相比同类技术，电驱动技术在离子选择性分离方面具有突出的优势，因此受到研究者广泛关注。但现有电驱动技术仍面临着选择性不能满足要求、长期运行稳定性不佳、系统结构单一、对高盐废水效果受限等挑战。因此，开发新型电驱动离子分离技术，进一步提高其选择性分离特性将会是后续研究的重点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种废水中氮磷同步回收装置，用于解决现有电驱动分离装置对废水中磷酸根离子与铵根离子的选择性分离效果较差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种废水中氮磷同步回收装置，包括依次并列设置的阳极集流电极、第二阴离子交换膜、磷回收室、第一阴离子交换膜、离子分离室、第一阳离子交换膜、氮回收室、第二阳离子交换膜以及阴极集流电极；

所述的离子分离室用于使废水通过并脱除阴阳离子；

所述的磷回收室用于使磷提取液通过，将磷回收室中的磷酸根离子、磷酸氢根离子或磷酸二氢根离子质子化为磷酸并回收；

所述的氮回收室用于使氮提取液通过，将氮回收室中的铵根离子转化为氨水并回收；

所述的阳极集流电极与阴极集流电极上分别设有供相应电极接受液通过的阳极室与阴极室；