[发明专利]一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学方法，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金属盐类，控制反应条件，借此产生可回收利用的磷酸盐的工艺装置。

目前，磷回收的产品形式为磷酸铁(FePO₄)、磷酸铝(AlPO₄)、鸟粪石(MgNH₄PO₄·6H₂O，MAP)和羟基磷灰石(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，简称HAP)等磷酸盐沉淀物。鸟粪石可直接或间接被用作农业、林业优质肥料；磷酸钙能被工业磷酸盐利用再循环；磷酸铝可被特种磷回收工艺用原料利用。

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

本发明的目的在于提供一种高氨氮高磷化废水资源化的电化学方法，该方法无需外投药剂，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。

本发明包括以下方法：

方法一、从废水中回收磷产生磷酸盐：

采用铁棒或铝棒作为阳极电极，铜棒或碳棒作为阴极电极时，外接电源为直流电源；工作过程为：电解系统通入直流电后，阳极金属铁或铝发生氧化反应，金属铁氧化成Fe²⁺、Al³⁺溶解于水中，阳极曝气会使得Fe²⁺被氧化成Fe³⁺；阴极电极将H₂O中的H⁺还原为H₂和OH^-，氢氧根能使pH维持在磷酸铁或磷酸铝形成的pH范围内，故无需控制反应pH。Fe³⁺或Al³⁺会和废水中的PO₄^3-在适当pH情况下形成磷酸铁或磷酸铝沉淀；电极及沉淀反应方程式如下：

阳极电极:Fe-2e^-→Fe²⁺

4Fe²⁺+O₂+4H⁺→2OH^-+4Fe³⁺

阴极电极:2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑

磷酸铁沉淀反应:Fe³⁺+PO₄^3-→FePO₄↓

阳极电极:Al-3e^-→Al³⁺

阴极电极:2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑

磷酸铝反应:Al³⁺+PO₄^3-→AlPO₄↓；

方法二、从废水中回收氮磷及重金属：

采用双室电解装置，采用盐桥贯通两室废水，氮磷废水在阳极室，重金属废水在阴极室；当采用镁棒作为阳极电极，铜棒或碳棒作为阴极电极时，外接电源为直流电源；工作过程为：电解系统通入直流电后，阳极电极发生氧化反应，阳极金属镁氧化成Mg²⁺溶解于水中；阴极电极将废水中的重金属离子Mⁿ⁺还原为零价态重金属M；Mg²⁺和氨氮废水中的NH₄⁺、及废水中的PO₄^3-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⁺