[实用新型]镁-空气电池处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置

说明书

本实用新型公开镁‑空气电池处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置，阴、阳极分别采用空气电极和镁电极，阴极室中加入厌氧消化废水，阳极室中加入氯化钠溶液作为电解液；阴、阳两室由阳离子交换膜隔开，通过外接导线连接。电势差使得镁阳极失去电子，生成的镁离子穿过阳离子交换膜与阳极液中的铵根、磷酸盐反应生成鸟粪石；电子经由外接导线到达空气电极，空气中的氧气接受电子反应生成OH^‑；电池内部镁离子等阳离子穿过阳离子交换膜形成回路，在外电路中可产生1.3V的开路电压。本实用新型以镁电极原位生成的镁离子为除磷剂，在不引入其它杂质离子的前提下，实现了废水脱氮除磷，同时还可回收废水中的氮磷资源和电能。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及镁-空气电池处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置。

背景技术

氮和磷是生物体内不可缺少的元素，是所有生物生存的基础。当今世界氮磷资源短缺，而废水中含有的大量氮磷若不及时去除则会造成水体富营养化，由此将废水中的氮磷去除并回收就成为了目前的研究热点。对废水进行脱氮除磷的方法有很多：生物法、化学沉淀法和电化学法。传统的生物法将废水中的磷转移到污泥中，将氨氮、硝酸盐等转化成了氮气释放到空气中，虽然完成了氮磷的去除，但是并未回收氮磷资源。化学沉淀法即在调节废水碱度的基础上向废水中投加镁盐，形成鸟粪石沉淀，此过程虽以鸟粪石的形式回收了氮磷资源，但投加镁盐又引入了新的杂质离子。而电化学法，可在不引入其他杂质离子的情况下形成鸟粪石沉淀，但过程中会消耗大量的电能。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型针对厌氧消化废水，提出镁-空气电池处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置，本实用新型利用镁电极实现电子从阳极向阴极的转移，产生电能供利用；镁阳极失去电子，生成的溶解性二价镁，穿过阳离子交换膜后与阴极的铵根、磷酸盐反应生成鸟粪石，实现废水脱氮除磷并回收氮磷资源。

为了实现上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

镁-空气电池处理厌氧消化废水并回收氮磷资源的装置，包括阴极室、阳极室、产物收集斗和废水循环系统，阴极室和阳极室之间设有连通的通路，该通路中设有阳离子交换膜；阴极室的内腔设有空气阴极，阴极室上设有阴极室进水口和阴极室出水口，阴极室进水口和阴极室出水口与废水循环系统连接；产物收集斗设置于阴极室的底部，产物收集斗的底部设有排泥口；阳极室中设有镁电极，阳极室上还设有阳极室进水口；阳极室中的电解液为氯化钠溶液。

优选的，阳离子交换膜与空气阴极以及镁电极均相对设置，阴极室进水口和阴极室出水口分别位于阳离子交换膜的两侧以及空气阴极的两侧，阴极室进水口低于阴极室出水口。

优选的，产物收集斗底部的排泥口包括产物排出管，产物排出管上设有密闭法兰，密闭法兰上设有止水夹板。

优选的，废水循环系统包括厌氧消化液进口、进水管、循环泵、连接管、储液罐、出水管和厌氧消化液出口，厌氧消化液进口与阴极室出水口相连，厌氧消化液出口与阴极室进水口相连；厌氧消化液出口通过出水管与储液罐连接，储液罐中液面水平高度高于阴极室进水口的水平高度，循环泵的出水口通过连接管与储液罐连接，循环泵的进水口与厌氧消化液进口连接。

优选的，阳极室顶部开设有供镁电极进出的卡槽。

优选的，镁电极和空气阴极上均连接有钛丝，镁电极上连接的钛丝从卡槽延伸至阳极室的外部，空气阴极上连接的钛丝延伸至阴极室外部。

优选的，阳极室进水口位于阳极室的上部。

优选的，每3.1-4.2cm³的阳极室对应配置1-1.3cm²的镁电极；每2-2.5cm³的阴极室对应配置1-1.25cm²的空气阴极，每2-2.5cm³的阴极室对应配置1-1.25cm²的阳离子交换膜。