申请日2017.08.21
公开(公告)日2018.05.08
IPC分类号C02F11/00; C25B1/00; C25B9/00
摘要
本实用新型公开了一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，包括微波消解仪、污泥消解管、微波消解仪控制装置、连接管道、辐流式沉淀池、电解槽、阴极电极、阳极电极、电解系统外电路、外接直流电源、曝气系统压缩机、曝气系统管线、曝气系统曝气头、磷酸盐沉淀斗、氨氮废水存储装置。污泥消解管位于微波消解仪中，污泥消解管与辐流式沉淀池连通，辐流式沉淀池与电解槽连通，曝气系统曝气头位于电解槽的阳极电极周边，氨氮废水存储装置与电解槽的上清液进口连通，电解槽的出水口与出水管连通，本实用新型通过对污泥进行高效的微波消解后的上清液进行电解，能够对污泥进行资源化利用。
权利要求书
1.一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，其特征在于：包括污泥进口(1)、微波消解仪(2)、污泥消解管(21)、污泥消解管固定装置(22)、微波消解仪门(23)、微波消解仪控制装置(24)、连接管道(3)、辐流式沉淀池(4)、消解污泥进口(41)、第一溢流堰(42)、中心导流管(43)、消解污泥沉淀斗(44)、消解污泥沉淀斗口(45)、上清液出口(46)、连接管道(5)、电解槽(6)、第二溢流堰(61)、阴极电极(621)、阳极电极(622)、电解系统外电路(624)、外接直流电源(623)、曝气系统压缩机631、曝气系统管线(632)、曝气系统曝气头(633)、磷酸盐沉淀斗(641)、磷酸盐沉淀斗口(642)、氨氮废水存储装置(651)、氨氮废水进水管(652)、上清液进口(66)、出水口(67)和出水管(7);
微波消解仪(2)具有微波消解仪门(23)和微波消解仪控制装置(24)，污泥消解管(21)通过污泥消解管固定装置(22)固定在微波消解仪(2)中，污泥消解管(21)的污泥进口(1)位于微波消解仪(2)外，污泥消解管(21)的出口通过连接管道(3)与辐流式沉淀池(4)的消解污泥进口(41)连通;
辐流式沉淀池(4)具有消解污泥进口(41)、第一溢流堰(42)、中心导流管(43)、消解污泥沉淀斗(44)、消解污泥沉淀斗口(45)和上清液出口(46)，中心导流管(43)位于辐流式沉淀池(4)中，第一溢流堰(42)位于辐流式沉淀池(4)的上端周边，消解污泥沉淀斗(44)位于辐流式沉淀池(4)下部，消解污泥沉淀斗口(45)位于消解污泥沉淀斗(44)底部，上清液出口(46)位于辐流式沉淀池(4)上部并与第一溢流堰(42)连通，上清液出口(46)通过连接管道(5)与电解槽(6)的上清液进口66连通;
电解槽(6)具有第二溢流堰(61)、阴极电极(621)、阳极电极(622)、电解系统外电路(624)、外接直流电源(623)、曝气系统压缩机(631)、曝气系统管线(632)、曝气系统曝气头(633)、磷酸盐沉淀斗(641)、磷酸盐沉淀斗口(642)、氨氮废水存储装置(651)、氨氮废水 进水管(652)、上清液进口(66)和出水口(67)，第二溢流堰(61)位于电解槽(6)上部，第二溢流堰(61)与出水口(67)连通，磷酸盐沉淀斗(641)位于电解槽(6)下部，磷酸盐沉淀斗(641)底部具有磷酸盐沉淀斗口(642)，阴极电极(621)安装在电解槽(6)侧壁内，阳极电极(622)位于电解槽(6)中间位置，阴极电极(621)与阳极电极(622)之间连接电解系统外电路(624)和外接直流电源(623)，曝气系统曝气头(633)位于阳极电极(622)下方，曝气系统曝气头(633)通过曝气系统管线(632)与曝气系统压缩机(631)连通，电解槽(6)的出水口(67)与出水管(7)连通;氨氮废水进水管(652)与氨氮废水存储装置(651)连通，氨氮废水进水管(652)与上清液进口66连通。
2.根据权利要求1所述的一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，其特征在于：所述的阳极电极(622)采用镁棒，阴极电极(621)采用弧形铜板。
3.根据权利要求1所述的一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，其特征在于：所述的阳极电极(622)采用铁棒，阴极电极(621)采用弧形铜板。
4.根据权利要求1所述的一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，其特征在于：所述的阳极电极(622)采用铝棒，阴极电极(621)采用弧形铜板。
说明书
一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置
技术领域
本实用新型涉及一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，属于污泥处理与资源化利用领域。
背景技术
我国目前每年城镇污水排放量约为524.5亿吨，氮磷等营养元素随污水排放所引起的水体富营养化现象正日益加重。当地表水体中总磷含量达到0.015mg/L时便足以引起水体富营养化现象。污水进入城镇污水处理厂处理后，原污水中的大部分的磷都会存储在剩余污泥中，通过生物除磷已经成为当前控制水体富营养化的重要工程技术手段。生物除磷工艺在去除污水中磷的同时会产生大量富磷剩余污泥，其中含磷质量分数最高可达9%以上。据估计，2010年底我国城市污泥产量达到3×107t以上(含水率80%)。污泥的磷回收已经成为现阶段资源回收利用的热门研究内容。
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，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。
化学沉淀法回收污泥中磷技术分为两部分，首先是将磷从污泥中释放到液相，然后向含磷上清液中投加药剂，使之形成磷酸盐沉淀，从而实现磷的资源化利用。为了将污泥中的磷迅速释放出来，近年来各国学者引入了多种物理、化学手段对污泥的破碎作用，强化污泥中磷的释放，如加热、臭氧氧化、酸碱、超声、密闭加压微波辐射、微波辐射/过氧化氢联合作用等。
向含磷上清液中投加药剂，使之形成磷酸盐沉淀，从而实现磷的资源化利用的化学沉淀法存在着共同的不足之处：需要考虑存放药剂的空间以及药剂投加成本;严格控制反应的条件，一旦条件不当，都会导致无法形成可沉淀的磷酸盐，无法达到磷的回收利用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种电解法从污泥中回收磷酸盐的装置，该装置无需投加药剂，无需调节反应的pH，可解决化学沉淀工艺存在的需要考虑存放药剂的空间以及药剂投加成本;严格控制反应的条件的缺陷。
本实用新型包括污泥进口、微波消解仪、污泥消解管、污泥消解管固定装置、微波消解仪门、微波消解仪控制装置、连接管道、辐流式沉淀池、消解污泥进口、第一溢流堰、中心导流管、消解污泥沉淀斗、消解污泥沉淀斗口、上清液出口、连接管道、电解槽、第二溢流堰、阴极电极、阳极电极、电解系统外电路、外接直流电源、曝气系统压缩机、曝气系统管线、曝气系统曝气头、磷酸盐沉淀斗、磷酸盐沉淀斗口、氨氮废水存储装置、氨氮废水进水管、上清液进口、出水口、出水管。
微波消解仪具有微波消解仪门和微波消解仪控制装置，污泥消解管通过污泥消解管固定装置固定在微波消解仪中，污泥消解管的污泥进口位于微波消解仪外，污泥消解管的出口通过连接管道与辐流式沉淀池的消解污泥进口连通;
辐流式沉淀池具有消解污泥进口、第一溢流堰、中心导流管、消解污泥沉淀斗、消解污泥沉淀斗口和上清液出口，中心导流管位于辐流式沉淀池中，第一溢流堰位于辐流式沉淀池的上端周边，消解污泥沉淀斗位于辐流式沉淀池下部，消解污泥沉淀斗口位于消解污泥沉淀斗底部，上清液出口位于辐流式沉淀池上部并与第一溢流堰连通，上清液出口通过连接管道与电解槽的上清液进口连通;
电解槽具有第二溢流堰、阴极电极、阳极电极、电解系统外电路、外接直流电源、曝气系统压缩机、曝气系统管线、曝气系统曝气头、磷酸盐沉淀斗、磷酸盐沉淀斗口、氨氮废水存储装置、氨氮废水进水管、上清液进口和出水口，第二溢流堰位于电解槽上部，第二溢流堰与出水口连通，磷酸盐沉淀斗位于电解槽下部，磷酸盐沉淀斗底部具有磷酸盐沉淀斗口，阴极电极安装在电解槽侧壁内，阳极电极位于电解槽中间位置，阴极电极与阳极电极之间连接电解系统外电路和外接直流电源，曝气系统曝气头位于阳极电极下方，曝气系统曝气头通过曝气系统管线与曝气系统压缩机连通，电解槽的出水口与出水管连通;氨氮废水进水管与氨氮废水存储装置连通，氨氮废水进水管与上清液进口连通。
所述的阳极电极采用镁棒，阴极电极采用弧形铜板。
所述的阳极电极采用铁棒，阴极电极采用弧形铜板。
所述的阳极电极采用铝棒，阴极电极采用弧形铜板。
采用镁棒作为阳极电极，弧形铜板作为阴极电极时，外接电源为直流电源，同时需要再加入一定量的氨氮废水(氨氮废水氨氮物质的量与微波消解后的上清液磷酸盐物质的量相等)。工作原理为：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H2O中的H+还原为H2和OH-，氢氧根能使pH维持在鸟粪石形成的pH范围内，故无需控制反应pH。Mg2+和氨氮废水中的NH4+、微波消解后的上清液中的PO43-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+
阴极电极:2H2O+2e-→2OH-+H2↑
鸟粪石反应:Mg2++NH4++PO43-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
采用铁棒作为阳极电极，铜筒作为阴极电极时，外接电源为直流电源。工作原理为：电解系统通入直流电后，阳极金属铁发生氧化反应，金属铁氧化成Fe2+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维持在磷酸铁形成的pH范围内，故无需控制反应pH。Fe3+和微波消解后的上清液中的PO43-在适当pH情况下形成磷酸铁沉淀。电极及沉淀反应方程式如下：
阳极电极:Fe-2e-→Fe2+
4Fe2++O2+2H+→2OH-+4Fe3+
阴极电极:2H2O+2e-→2OH-+H2↑
磷酸铁沉淀反应:Fe3++PO43-→FePO4↓
采用铝棒作为阳极电极，铜筒作为阴极电极时，外接电源为直流电源。工作原理为：电解系统通入直流电后，阳极电极发生氧化反应，金属铝氧化成Al3+溶解于水中;阴极电极将H2O中的H+还原为H2和OH-，氢氧根能使pH维持在磷酸铝形成的pH范围内，故无需控制反应pH。Al3+和微波消解后的上清液中的PO43-在适当pH情况下形成磷酸铝沉淀。电极及沉淀反应方程式如下：
阳极电极:Al-3e-→Al3+
阴极电极:2H2O+2e-→2OH-+H2↑
磷酸铝反应:Al3++PO43-→AlPO4↓
曝气系统，包括压缩机，曝气管线，曝气头三部分，曝气头置于阳极电极附近，主要作用进一步提高电解池中液体pH，同时起到空气搅动作用，使得金属离子和微波消解后的上清液中PO43-能够反应更加均匀，加速磷酸盐的形成与沉淀。
磷酸盐沉淀回收系统包括沉淀斗，刮磷酸盐装置和沉淀斗口三部分，沉淀的磷酸盐重力沉淀进入沉淀斗，通过自动刮取磷酸盐装置使得磷酸盐堆积在沉淀斗口附近，再通过重力以及人工刮取使得磷酸盐被回收进入存储装置中。
本实用新型的有益效果：
本实用新型通过对污泥进行高效的微波消解后的上清液进行电解，能够对污泥进行资源化利用。本实用新型无需外投药剂，可通过更换阳极电极材质来达到污泥中磷的三种资源化产物的目的，无需精密调控反应条件，只需少量电耗便可实现污泥中磷的资源化回收。
