一種磷酸銨鎂-電氧化一體化集成裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磷酸銨鎂—電氧化一體化集成裝置，屬于廢水處理領(lǐng)域。本實用新型的磷酸銨鎂—電氧化一體化集成裝置包括磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)和氮電氧化系統(tǒng)，磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)包括反應基和陽極B；氮電氧化系統(tǒng)包括反應基和陽極A；反應基包括電化學儀表、切換開關(guān)、參比電極、鐵屑、陰極和反應器，參比電極和陰極通過導線并聯(lián)，并分別和電化學儀表連接后垂直狀態(tài)懸浮于反應器中，鐵屑能夠通過磁力攪拌懸浮于反應器中；切換開關(guān)和電化學儀表通過導線連接后能夠分別和陽極A、陽極B進行切換式連接。本實用新型只需通過電極的簡單切換，就可達到同步脫氮除磷的作用，操作簡單，可實現(xiàn)自動化運行，并且不會產(chǎn)生新的污染源。
【專利說明】
一種磷酸銨鏌一電氧化一體化集成裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于城市污水、垃圾滲漏液、化 肥廠廢水處理的磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置及其同步脫氮除磷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國污水處理事業(yè)的蓬勃發(fā)展，國家對污水排放要求也越來越嚴格，但是由 氮、磷污染引起的水體富營養(yǎng)化問題不僅沒有解決，而且有日益嚴重的趨勢。我國在2002年 最新頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中要求所有城鎮(zhèn)污水處理 廠出水排入稀釋能力較小的河流作為城鎮(zhèn)景觀用水和一般回用水等用途時，執(zhí)行一級標準 的A標準，即TN< 15mg/L、NH4-N< 5mg/L(水溫低于 12 °C 時 <8mg/L)、TP<0 · 5mg/L。由此可 見，污水處理的主要矛盾已由有機污染物的去除轉(zhuǎn)變?yōu)榈⒘孜廴疚锏娜コ?。目前，我國?乎所有的城鎮(zhèn)污水處理廠都面臨著同一個難題，即脫氮和除磷無法同時達到最佳效果，究 其原因主要為：
[0003] 基于微生物硝化和反硝化機制中：1、污水C0D/N/P比值偏低，碳源不足成為反硝化 脫氮和生物除磷的限制性因素;2、硝化菌、反硝化菌和聚磷菌對泥齡、環(huán)境條件等的要求不 同，硝化菌和聚磷菌的數(shù)量較少且無法同時處于各自最佳的生存狀態(tài)。此外，在高煒度地區(qū) 秋冬季水溫較低，微生物代謝活性減弱，氮、磷去除率進一步降低。
[0004] 基于物理化學過程的研究成果衍生了包括物理化學吸附法、吹脫法、異丁醛沉淀 法、電化學氧化法和磷酸銨儀(MgNH4P〇4 · 6H2O,Magnesium ammonium phosphate,ΜΑΡ)結(jié)晶 沉淀法等新技術(shù)，然而，目前氮磷污染物處理技術(shù)中的生物硝化/反硝化、吹脫、物理化學吸 附、MAP化學結(jié)晶、電化學氧化等技術(shù)，但很難同時去除城市污水中的氮、磷等元素。
[0005] 中國專利公布號CN101555068,【公開日】：2009.10.14的專利文獻公開了一種生活污 水常低溫同時脫氮除磷好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法屬于污水處理領(lǐng)域，特征是SBR反應器采 用2~10的高徑比和50~67%的容積交換率，不調(diào)控水溫。沉淀時間為30~50min，逐漸縮短 為1~3min;或?qū)⒊恋頃r間設(shè)置為5~8min，逐漸縮短至1~3min。在生化反應過程中，以溶 解氧濃度D0、氧化還原電位0RP和pH值作為實時控制參數(shù)，實時控制攪拌時間（反硝化、放 磷）、曝氣時間(有機物氧化、硝化、反硝化、好氧吸磷、反硝化吸磷）。該實用新型可提高硝化 菌和聚磷菌的含量、以厭氧/好氧方式實現(xiàn)低C0D生活污水常低溫好氧顆粒污泥同時脫氮除 磷，解決污水處理系統(tǒng)時間程序控制導致的運行效率低、氮、磷處理不穩(wěn)定的問題。該實用 新型利用的是基于微生物硝化和反硝化機制，需要投加化學藥劑，如果處理不好，很容易產(chǎn) 生新的二次污染。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 1.要解決的技術(shù)問題
[0007] 針對污水處理工藝中硝氮、氨氮和磷酸鹽難于同步去除及基于微生物硝化和反硝 化機制處理容易產(chǎn)生新污染的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種磷酸銨鎂一電氧化一體化 集成裝置。只需通過電極的簡單切換，就可達到同步脫氮除磷的作用，操作簡單，可實現(xiàn)自 動化運行，并且不會產(chǎn)生新的污染源。
[0008] 2.技術(shù)方案
[0009] 為解決上述問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0010] -種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，包括磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)和氮電氧 化系統(tǒng)，磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)包括反應基和陽極B;氮電氧化系統(tǒng)包括反應基和陽極A; 反應基包括電化學儀表、切換開關(guān)、參比電極、鐵肩、陰極和反應器，其中：參比電極和陰極 通過導線并聯(lián)，并分別和電化學儀表連接后垂直狀態(tài)懸浮于反應器中，鐵肩懸浮于反應器 中；切換開關(guān)和電化學儀表通過導線連接后分別和陽極A、陽極B進行切換式連接，分別形成 氮電氧化系統(tǒng)和磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)。
[0011] 進一步的方案，陽極B材料為鎂合金電極;鐵肩通過磁力攪拌懸浮于反應器中；參 比電極為汞或氯化銀電極。
[0012] 進一步的方案，陽極 A 材料為 DSA(Ti/Ru〇2-Ti〇2-Ir〇2-Sn〇2)或 Sn〇2、Ir〇2、Ti/Ru〇2 電極;反應器為四氟乙烯反應器。
[0013] 進一步的方案，陽極A和陽極B在反應器中前后或并排平行設(shè)置，或位于陰極的前 后兩側(cè)和陰極互相平行設(shè)置。
[0014] 進一步的方案，切換開關(guān)為智能切換開關(guān);陰極材料為鐵板。
[0015] 進一步的方案，反應器形狀為圓型或方型。
[0016] 進一步的方案，還包括垂直插入并懸浮于反應器中的pH-溫度值雙顯器。
[0017] 進一步的方案，鐵肩用量不超過反應器容量的10%。
[0018] 3.有益效果
[0019]采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：
[0020] (1)本實用新型的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，磷酸銨鎂結(jié)晶采用鎂 電極釋鎂，有效地降低了磷酸銨鎂結(jié)晶的藥劑費用，而且鎂電極可循環(huán)使用；同時不需新增 工藝，采用二種電極，就可達到同時去除廢水中氮和磷酸鹽的目的，而硝態(tài)氮的處理在目前 脫氮工藝中，是比較頭疼的一個難題，而本實用新型反應裝置，可有效解決這個難題；
[0021] (2)本實用新型的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，體現(xiàn)了磷酸銨鎂一電 氧化一體化技術(shù)可以同步脫除廢水中的氨氮、硝氮和磷酸鹽。本實用新型中的磷酸銨鎂一 電氧化一體化技術(shù)包括磷酸銨鎂結(jié)晶除磷和電氧化脫氮二個技術(shù)單元，采用鎂電極提供鎂 鹽，與廢水中的氨氮和磷酸鹽形成磷酸銨鎂;通過陽極切換，采用DSA或Sn0 2、Ir02、Ti/Ru02 為陽極，通過電氧化方法脫除廢水中的硝氮及氨氮，達到同步去除廢水中硝氮、氨氮和磷酸 鹽的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中，反應器的結(jié)構(gòu)和高效電解反應器的開發(fā)是電化學技術(shù)應用過程中 的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前還沒有電氧化脫氮除磷一體化反應器應用實例。本實用新型通過簡 單的陽極切換，就可以達到同步脫氮除磷的效果，同時對環(huán)境不會造成二次污染，是"環(huán)境 友好"型技術(shù)；
[0022] (3)本實用新型的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，針對目前電極反應過 程中電極鈍化是一個無法解決的難題，而本實用新型裝置，在反應器中填充鐵肩，一方面， 流化態(tài)的鐵肩具有一定的沖擊力，阻礙晶體顆粒在電極表面沉淀，另一方面，鐵肩在電場作 用下所形成的類酚頓體系，起到阻止電極鈍化的作用，有利于硝態(tài)氮、氨氮的氧化降解；
[0023] (4)本實用新型的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，廢水進入結(jié)晶反應槽， 通過磁力攪拌，保持鐵肩處于流化態(tài)，通過電化學控制儀表精準控制電流電壓，參比電極為 汞或氯化銀電極，外接pH計和溫度計，鎂陽極及氮氧化電極平行分布或分布于陰極的兩側(cè)， 通過開關(guān)自動切換;反應器為圓形或方形，電極間距自由調(diào)節(jié)；
[0024] (5)本實用新型的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，陽極A和陽極B在反應 器中只要和陰極互相平行設(shè)置，和流化態(tài)的鐵肩協(xié)同作用產(chǎn)生類酚頓體系，即能達到電氧 化脫氮除磷一體化反應的目的，各元件位置的設(shè)置相對容易，對廢水的處理操作簡便，適用 面廣；
[0025] (6)本實用新型的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，反應器形狀為圓型時， 有利于鐵肩的流化，同時沒有死角，有利于磷酸銨鎂晶體的生長，而大顆粒的磷酸銨鎂晶體 沉降速率更快，除磷效率高；
[0026] (7)本實用新型的一種同步脫氮除磷方法，雖然磷酸銨鎂的最佳結(jié)晶pH為9. Ο- ? 5; 在pH 超過 7 . 5條件下即 可形成磷酸銨鎂結(jié)晶 ，但pH調(diào)節(jié)過高 ，則會增加堿性藥劑的費 用，因此，經(jīng)過反復的試驗和數(shù)據(jù)搜集、分析，優(yōu)選pH值調(diào)節(jié)至7.5-8.5之間，溫度在25°C條 件下形成磷酸銨鎂結(jié)晶效率最高；
[0027] (8)本實用新型的一種同步脫氮除磷方法，能夠應用于城市污水、垃圾滲漏液、化 肥廠等廢水處理，應用范圍廣。
【附圖說明】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0029]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)不意圖。
[0030] 圖中：1、電化學儀表;2、pH-溫度值雙顯器;3、切換開關(guān);4、參比電極;5、陽極A; 6、 陽極B;7、鐵肩;8、陰極;9、反應器。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體的實施例，對本實用新型作詳細描述。
[0032] 實施例1
[0033]本實施例的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，如圖1所示，包括磷酸銨鎂電 氧化結(jié)晶系統(tǒng)和氮電氧化系統(tǒng)，磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)包括反應基和陽極B6;氮電氧化 系統(tǒng)包括反應基和陽極A5;反應基包括電化學儀表1、切換開關(guān)3、參比電極4、鐵肩7、陰極8 和反應器9,其中：參比電極4和陰極8通過導線并聯(lián)，并分別和電化學儀表1連接后垂直狀態(tài) 懸浮于反應器9中，鐵肩7能夠通過磁力攪拌懸浮于反應器9中；切換開關(guān)3和電化學儀表1通 過導線連接后能夠分別和陽極A5、陽極B6進行切換式連接。陽極A5材料為DSA電極。陽極B 6 材料為鎂合金電極。切換開關(guān)3為智能切換開關(guān);參比電極4為汞電極；反應器9為四氟乙烯 反應器。
[0034]本實施例的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置各個部件的數(shù)量為：1根鎂合 金電極、1根DSA電極(Ti/Ru〇2-Ti〇2-Ir〇2_Sn〇2)、l根萊電極、1臺電化學控制儀表、1臺pH計、 1臺溫度計、1個智能切換開關(guān)、鐵肩若干，鐵肩用量不超過反應器容量的10% (鐵肩用量過 少，鐵肩剪切力和沖擊力作用有限，防止電極鈍化效率不佳;鐵肩用量過大，一是污泥量隨 之增大，二是流化難度大大增加，因此根據(jù)預實驗結(jié)果，選擇6 %為最佳鐵肩填充率）、1個四 氟乙烯反應器。
[0035]本實施例的同步脫氮除磷方法，具體步驟為：
[0036] A、將含氮、磷的模擬尿液廢水注入四氟乙烯反應器內(nèi)；
[0037] B、參比電極4、電化學儀表1和陰極8連接好，使其處于工作狀態(tài)；
[0038] C、將智能切換開關(guān)切換至鎂合金電極，電化學儀表1根據(jù)水質(zhì)氮素、磷酸鹽濃度進 行電流、電壓的調(diào)控；
[0039] D、開啟磁力攪拌，使鐵肩7處于流化懸浮狀態(tài)；
[0040] E、調(diào)節(jié)pH至弱堿性(經(jīng)過檢測，磷酸銨鎂的最佳結(jié)晶pH為9.0-9.5;在pH超過7.5條 件下即可形成磷酸銨鎂結(jié)晶，但pH調(diào)節(jié)過高，則會增加堿性藥劑的費用，因此，經(jīng)過反復的 試驗和數(shù)據(jù)搜集、分析，優(yōu)選pH值調(diào)節(jié)至7.5-8.5之間，溫度在25°C條件下形成磷酸銨鎂結(jié) 晶效率最尚）；
[0041] F、開啟電源，通過電解反應脫除廢水中的磷酸鹽和部分氨氮，產(chǎn)物為磷酸銨鎂晶 體；
[0042] G、將切換開關(guān)3切換至陽極A5,其它線路和電化學儀表1保持開啟狀態(tài)；
[0043] H、過剩的氨氮、硝氮在電氧化作用下轉(zhuǎn)化成氮氣；
[0044] I、反應結(jié)束后，斷電，上清液排放后沉淀物回收，處理結(jié)果如表1所示。
[0045] 表1DSA電極電化學法處理模擬尿液廢水(Cr濃度為600mg/L)
[0046]
[0047] 實施例2
[0048] 本實施例的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其基本結(jié)構(gòu)如實施例1，不 同之處在于：陽極A5材料為Sn〇2電極。陽極A5和陽極B 6在反應器9中前后平行設(shè)置。陰極8 材料為鐵板。參比電極4為氯化銀電極。應用于城市污水的處理中。
[0049]實驗結(jié)果表明，當陽極材料為Sn02電極時，城市污水中磷酸鹽的去除率為90.3%， 但Sn02電極有利于H0 ·的積累，對硝氮的去除效率稍高于DSA電極，達到95%，但對氨氮的 去除效率反而有所降低，為91 %。
[0050] 實施例3
[0051] 本實施例的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其基本結(jié)構(gòu)如實施例2,不同 之處在于:還包括垂直插入并懸浮于反應器9中的pH-溫度值雙顯器2。陽極A5材料為Ir0 2 電極。陽極A5和陽極B 6在反應器9中并排平行設(shè)置。反應器9形狀為圓型。應用于垃圾滲漏 液的處理中。
[0052]實驗結(jié)果表明，圓形反應器有利于鐵肩的流化，同時沒有死角，有利于磷酸銨鎂晶 體的生長，而大顆粒的磷酸銨鎂晶體沉降速率更快，除磷效率高。當電氧化的陽極為Ir02電 極時，Ir0 2電極具有選擇性氧化的特點，在Cr大量存在條件下，模擬廢水中氨氮的去除率達 到97%，同時硝氮的去除效率也達到90.5%。
[0053] 實施例4
[0054] 本實施例的一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其基本結(jié)構(gòu)如實施例2,不同 之處在于：還包括垂直插入并懸浮于反應器9中的pH-溫度值雙顯器2。陽極A5材料為Ti/ Ru02電極。陽極A5和陽極B 6在反應器9中位于陰極8的前后兩側(cè)和陰極8互相平行設(shè)置。反 應器9形狀為方型。應用于化肥廠廢水的處理中。
[0055] 實驗結(jié)果表明，反應過程中，方型反應器角落有部分鐵肩和磷酸銨鎂晶體沒有流 化起來，影響電氧化除磷效率，同時增加了電極鈍化的機率。而電氧化陽極材料為Ti/Ru02 電極時，氨氮和硝氮的去除率分別為93.5%和91.5%。
[0056] 以上示意性地對本發(fā)明創(chuàng)造及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性。所以， 如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計 出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應屬于本專利的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，包括磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)和氮電氧化 系統(tǒng)，其特征在于:所述磷酸銨鎂電氧化結(jié)晶系統(tǒng)包括反應基和陽極B(6);所述氮電氧化系 統(tǒng)包括反應基和陽極A(5); 所述反應基包括電化學儀表（1)、切換開關(guān)(3)、參比電極(4)、鐵肩（7)、陰極(8)和反應 器(9)，其中： 所述參比電極(4)和陰極(8)通過導線并聯(lián)，并分別和電化學儀表（1)連接后垂直狀態(tài) 懸浮于反應器(9)中，所述鐵肩（7)懸浮于反應器(9)中；所述切換開關(guān)(3)和電化學儀表（1) 通過導線連接后分別和陽極A(5)、陽極B(6)進行切換式連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于:所述陽極B(6) 材料為鎂合金電極;所述鐵肩(7)通過磁力攪拌懸浮于反應器(9)中；所述參比電極(4)為汞 或氯化銀電極。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于:所述陽極A (5)材料為DSA或SnO2、IrO2、Ti/RuO2電極;所述反應器(9)為四氟乙烯反應器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于:所述陽極A (5)和陽極B(6)在反應器(9)中前后或并排平行設(shè)置，或位于陰極(8)的前后兩側(cè)和陰極(8) 互相平行設(shè)置。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于:所述切換開關(guān) (3)為智能切換開關(guān);所述陰極(8)材料為鐵板。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于：所述反應器 (9)形狀為圓型或方型。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于:還包括垂直插 入并懸浮于反應器(9)中的pH-溫度值雙顯器(2)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述磷酸銨鎂一電氧化一體化集成裝置，其特征在于:所述鐵肩（7) 用量不超過反應器(9)容量的10%。
【文檔編號】C02F1/461GK205527897SQ201620297402
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】余榮臺, 馬湘, 謝志鵬, 汪長安
【申請人】景德鎮(zhèn)陶瓷學院