[发明专利]基于金属空气电池的水处理回收装置及其方法

说明书

本发明提供了一种基于金属空气电池的水处理回收装置及其方法，包括：产电系统、储能系统和水处理回收系统；产电系统包括腐蚀性金属负极、空气扩散正极和腔体，腐蚀性金属负极和空气扩散正极对向放置，与腔体共同构成密闭容器，空气扩散正极的外侧与空气接触；产电系统分别通过腐蚀性金属负极和空气扩散正极与储能系统电路连接，产电系统和储能系统之间设置有开关，用于切换产电系统的正负极，调整充放电状态；产电系统通过管路与水处理回收系统连接，水处理回收系统包括循环泵、罐体和结晶过滤器。本装置可以实现电能自给和无需外援化学物质添加的水处理与资源回收。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于金属空气电池的水处理回收装置及其方法。

背景技术

近年来，开发可持续的水处理新技术是水污染控制领域的研究热点。其中关键点在于如何实现废水中潜在营养元素如氨氮、磷酸盐等高效回收的同时对废水中难降解有机物的有效去除。由于氨氮和磷酸盐是水污染控制的关键性指标，是引起水体富营养化的主要原因，同时氨氮和磷酸盐又是农业以及化工行业重要的化肥或原料。因此，如果将废水中的高浓度氮磷高效回收，则可以实现废水处理的可持续发展。针对废水中氮磷回收，学界以及工业界已经开展了广泛研究，并取得了诸多创新和进展。其中研究最为广泛的方法是：磷酸铵镁共沉淀法。该方法通过向含氮磷废水中投加镁盐，通过工艺调控，实现水中的氮磷的同步去除。同时磷酸铵镁俗称“鸟粪石”是一种优良的缓释化肥，肥效优异，是氮磷资源回收的重要目标产物，具有较高的经济价值。此外，对于仅高含磷酸盐的废水，通过投加铁离子产生磷酸铁类结晶产物，最后以蓝铁矿形式回收，由于其特殊的矿物染料，在磷酸盐回收上也具有广泛的前景。但是该方法需要大量的外援金属盐物质，投加的药剂量大，同时还需要持续的人工投入，并进行定期的养护，因此，为了提高金属盐的投加效率，有专利(申请号为201610259921.9)提出用电化学的方式进行金属离子投加。腐蚀性金属在电流作用下，可以向溶液中释放金属阳离子，但是该装置的整个体系仍然需要额外的电能才能满足反应的持续进行；Xi Chen等人(Self-sustaining advanced wastewater purification andsimultaneous in situ nutrient recovery in a novel bioelectrochemical system,Chem Eng J,2017，692-697)提出了采用微生物燃料电池技术在去除有机物的同时，通过设置在电池中的阴阳离子膜将废水中氨氮和磷酸盐以液态的形式回收，在不投加电能和化学药剂的情况下，高效回收废水中氮磷同时有效去除有机污染物，同时还能产生电能。但其缺点是，微生物燃料电池受微生物固有条件的限制，对环境温度和水质条件都比较敏感，尤其是其以废水中有机物为主要燃料，如果废水中的有机物生物不可降解或者生物毒性强，电池系统的产电性能就会受到很大影响。同时，如果废水中含有的有机物较少，或者没有有机物，微生物燃料电池就无法实现氮磷的去除；此外，专利(申请号201510372998.2)通过使用海水电池来实现对养殖废水中氮磷的回收同时产生电能，并获得较高的回收效果。但是该海水电池仅针对废水中的氮磷，其并无法有效去除废水中潜在的其他有机物。

因此，基于以往研究中存在的不足，针对废水中氮磷和有机物等复杂水质，亟需开发一种可以在处理过程中实现电能自给和无需外援化学物质添加的水处理与资源回收装置。

发明内容

本发明提供了一种基于金属空气电池的水处理回收装置及其方法，以解决现有技术问题中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明提供了一种基于金属空气电池的水处理回收装置，包括：产电系统、储能系统和水处理回收系统；

所述的产电系统包括腐蚀性金属负极、空气扩散正极和腔体，所述腐蚀性金属负极和空气扩散正极对向放置，与腔体共同构成密闭容器，所述空气扩散正极的外侧与空气接触；