[发明专利]电化学处理系统及其在回收磷中的应用

说明书

本发明属于污水处理技术领域，公开了电化学处理系统及其在回收磷中的应用。本发明的电化学处理系统由于阳极装填的填充材料与阳极产生的氢离子反应，有效地避免了氢氧根的损耗，使得阴极表面形成一个局部的高pH环境，增大第一沉淀的饱和指数，提高了第一沉淀回收效率，缩短了所需水力停留时间；同时，阻隔件将阴极产生的第一沉淀阻隔于填充材料以外的区域，能够有效地将第一沉淀与填充材料隔离开，避免了第一沉淀附着于填充材料表面，有利于第一沉淀的回收再利用。将其应用于含磷废水中磷的回收，能够将电化学诱导沉淀的发生限制在阳极填充材料以外的区域，从而实现高纯度产物与填充材料的分离，解决了产物回收率低、难以回收的问题。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及电化学处理系统及其在回收磷中的应用。

背景技术

全球范围内普遍存在着磷矿产资源日益匮乏但环境水体中磷含量却过高而导致水体富营养化这一矛盾。将污水中的磷去除并回收，能够实现磷的可持续利用与水体富营养化防治合二为一。

近年来，电化学处理技术作为一种新兴技术，在水处理及资源回收领域获得了颇多关注。经验证，通过电化学诱导沉淀、电容去离子、电渗析等技术可以实现从各类污水中高效回收磷资源。其中，电化学诱导磷酸钙沉淀技术依靠其多项优势得到广泛的关注和迅猛的发展。传统化学诱导沉淀工艺中需要投加大量药剂，除了药剂运输和使用会产生额外成本和污染以外，沉淀过程产生的大量化学污泥更是难以处理。相较之下，电化学诱导沉淀利用其原位产碱的特性，有效避免了运输成本和二次污染，其产生的固体产物更是以磷酸盐固体的形式紧密附着于电极上，极大地方便了后续的回收利用。另外，因为钙离子广泛存在于各类废水中，选择磷酸钙作为目标产物能够有效地避免例如鸟粪石回收工艺中的镁源限制。

电化学诱导磷酸钙沉积技术中，水分子在阴极表面被还原，生成的氢氧根能够在阴极表面形成一个局部的高pH环境，增大磷酸钙在此局部区域的饱和指数，从而诱导磷酸钙在电极表面发生非均相沉淀。当然，电化学诱导磷酸钙沉积技术也并非完美，其中仍有难关尚待攻克。基于此技术的原理，其对阴极产生之氢氧根的高效利用是一大关键。在目前无膜一体化的系统中，部分氢氧根会与阳极产生的氢离子结合，重新生成水分子，造成了氢氧根的部分损耗。虽然可以通过引入离子交换膜来解决这一难关，但引入冗杂的装置部件及其带来的维护成本无疑是为其大规模实际应用带来诸多阻碍。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明的第一目的在于提供一种电化学处理系统，能够将阴极的沉淀隔离于阳极的填充材料之外。

本发明的第二目的在于提供一种利用电化学处理系统回收磷的方法，能够将磷沉淀于阳极填充材料之外，提高磷的回收率。

为实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

电化学处理系统，包含： 反应槽；

阳极，设于所述反应槽内，所述阳极附近装填有填充材料；

阴极，设于所述反应槽内，所述阴极附近产生第一沉淀；

阻隔件，将所述第一沉淀阻隔于填充材料以外的区域；以及

外部电源，电源的正极与所述阳极电性连接，电源的负极与所述阴极电性连接。

优选的，所述阳极材料为能够使阳极氧化水分子产生氢离子的材料；

更优选的，所述阳极材料包含但不限于惰性金属及碳材料；

优选的，所述阴极材料为能够使阴极还原水分子产生氢氧根离子的材料；

更优选的，所述阴极材料包含但不限于金属及碳材料。

优选的，所述填充材料为能够与氢离子反应并释放出金属阳离子和阴离子的物质；