[发明专利]一种利用导电正渗透工艺回收废水中氮磷的装置及方法

说明书

本发明涉及一种利用导电正渗透工艺回收废水中氮磷的装置及方法，属于废水资源化领域。该装置由原料液单元、导电正渗透膜单元与汲取液单元组成。本发明还提供利用该装置回收废水中氮磷的方法，以MgCl₂溶液为汲取液，以含氮磷废水为原料液，在导电正渗透膜上施加弱电场，利用导电正渗透工艺将废水浓缩，通过鸟粪石化学沉淀法回收废水中的氮磷。本方法可以使正渗透过程中镁离子通量增大，提高镁盐的利用率和废水浓缩效率，增大氮磷的回收率，并且可以延长正渗透膜的使用时间，具有很好的经济及环境效应。本发明的装置结构简单，稳定性好，处理效率高，流程简单，设备紧凑，占地面积小，易实现自动控制，运行管理简单。

技术领域

本发明涉及一种利用导电正渗透工艺回收废水中氮磷的装置及方法，属于废水资源化领域。

背景技术

氮和磷是一种重要资源，它们既是所有生物细胞的重要组成元素，又是生产农肥和饲料等人们生活所需必需品的原料。随着人类经济活动的发展和人口数量的逐渐增多，人类对氮磷资源的需求日益增加。科学研究发现，氮磷等元素的生物化学循环完全不同，在生物圈中是单向流动的，而且难以再生。据估计，按照目前的消费量，世界磷矿资源将在100年内陷于枯竭。另一方面，人类不断开采不可再生的磷矿资源，利用其中的部分磷元素，将其余的排入水环境或污泥中，这不仅耗竭了磷矿资源，同时导致了水体富营养化。目前全球范围内普遍存在陆地磷矿资源日益匮乏与水环境中磷含量过高而导致水体富营养化的矛盾。因此，研究和发展废水氮磷资源化回收技术意味着将防治水体富营养化与氮磷的可持续利用合二为一，不管在经济方面还是生态方面，都呈现出新的吸引力和战略价值。

鸟粪石又称磷酸铵镁(MgNH₄PO₄·6H₂O)，同时富含N、P和Mg三种植物生长所必需的营养元素，是一种高效的缓释肥，具有一定的回收利用价值。从废水中以鸟粪石的形式同时回收氨氮和磷，不仅可以实现磷资源的可持续利用，从根本上解决磷资源短缺的问题；同时也可防止土壤中氮磷的流失而带来的水体富营养化等问题，是确保氮磷资源化回收并保护环境的有效方法，例如：中国专利文件CN103848540A公布了一种鸟粪石沉淀法处理氨氮废水的工艺方法，所述的工艺方法为：向废水中投加一定的镁源和磷源，控制一定的pH值，经反应后，沉淀物沉淀在反应器底部，经固液分离分离出鸟粪石，污水进入厌氧池进一步处理，排出的鸟粪石作为缓释肥售出。但是该方法的缺点是磷酸和镁沉淀剂消耗量大，脱氮除磷效率低下，回收效率差。

正渗透(FO)是一种依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力，自发实现水分子传递的膜分离技术，具有低能耗、低污染、污染物截留能力强等特点，可以用于废水中氮磷的回收。利用正渗透技术浓缩废水，通过化学沉淀回收氮磷的方法也有文献报道，例如：Xie等利用正渗透-膜蒸馏组合工艺，通过正渗透浓缩污泥消化液中的氮和磷，并进一步与Mg²⁺反应形成鸟粪石；膜蒸馏用于正渗透汲取液MgCl₂溶液的回收，并从污泥消化浓缩液中回收水(Environmental ScienceTechnology Letters,2014,1(2),191–195)。然而，现有FO过程中会存在膜污染，以及废水中盐度的积累，从而导致水通量的下降的问题。同时，高成本汲取液的使用，导致传统的鸟粪石回收过程不够经济，消耗的资源比生产的要多。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用导电正渗透工艺回收废水中氮磷的装置及方法。本方法利用导电正渗透工艺浓缩废水，通过鸟粪石化学沉淀法回收氮磷，本发明的方法能够提高废水浓缩效率及膜的离子交换量，从而增大鸟粪石的回收率。

本发明的技术方案如下：

一种利用导电正渗透工艺回收废水中氮磷的装置，包括：

原料液单元、导电正渗透膜单元与汲取液单元；

所述的原料液单元包括原料液容器、第一蠕动泵、磁力搅拌器；所述的汲取液单元包括汲取液容器、第二蠕动泵、数字天平；所述的导电正渗透膜单元包括导电正渗透膜、反应器、反应器夹持槽和外设电源；