公布日：2023.11.10
申請(qǐng)日：2023.08.16
分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/469(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)及處理方法，所述系統(tǒng)包括雙極膜電滲析裝置、磷沉淀器和膜處理裝置，雙極膜電滲析裝置內(nèi)依次設(shè)有陰極、第一雙極膜、主陽(yáng)離子交換膜、主陰離子交換膜、第二雙極膜和陽(yáng)極，第一雙極膜與主陽(yáng)離子交換膜之間為堿室，主陽(yáng)離子交換膜與主陰離子交換膜之間為廢水室，主陰離子交換膜與第二雙極膜之間為酸室，第一雙極膜的外側(cè)為陰極室，第二雙極膜的外側(cè)為陽(yáng)極室；高磷廢水輸入廢水室，酸室設(shè)有磷酸回收管，堿室和廢水室分別通過(guò)堿液管和第一產(chǎn)水管連接磷沉淀器；磷沉淀器設(shè)有沉淀劑口，用于輸入鈣沉淀劑或鎂沉淀劑，膜處理裝置的濃水口連接廢水室，膜處理裝置的產(chǎn)水作為中水回用。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，其特征在于，包括雙極膜電滲析裝置、磷沉淀器和膜處理裝置，雙極膜電滲析裝置內(nèi)依次設(shè)有陰極、第一雙極膜、主陽(yáng)離子交換膜、主陰離子交換膜、第二雙極膜和陽(yáng)極，第一雙極膜與主陽(yáng)離子交換膜之間為堿室，主陽(yáng)離子交換膜與主陰離子交換膜之間為廢水室，主陰離子交換膜與第二雙極膜之間為酸室，第一雙極膜的外側(cè)為陰極室，第二雙極膜的外側(cè)為陽(yáng)極室；高磷廢水輸入廢水室，酸室設(shè)有磷酸回收管，堿室和廢水室分別通過(guò)堿液管和第一產(chǎn)水管連接磷沉淀器，將得到的堿液和處理后的廢水輸入磷沉淀器進(jìn)一步處理；磷沉淀器設(shè)有沉淀劑口，用于輸入鈣沉淀劑或鎂沉淀劑，磷沉淀器通過(guò)第二產(chǎn)水管連接膜處理裝置，膜處理裝置的濃水口連接廢水室，膜處理裝置的產(chǎn)水作為中水回用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，其特征在于，還包括廢水罐，廢水罐的出口連接廢水室的第一進(jìn)口，將高磷廢水輸入廢水室，廢水罐的進(jìn)口連接廢水室的第一出口，使得廢水室與廢水罐之間形成循環(huán)；還包括水罐、堿水罐和酸水罐，水罐通過(guò)管道連接陰極室和陽(yáng)極室，堿水罐通過(guò)管道連接堿室，酸水罐通過(guò)管道連接酸室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，其特征在于，所述膜處理裝置選自納濾膜組件、反滲透膜組件中的一種或兩者的組合；膜處理裝置的濃水口連接廢水室的第二進(jìn)口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，其特征在于，所述廢水室的第一進(jìn)口設(shè)在廢水室的底部，第一出口設(shè)在廢水室的頂部；廢水室內(nèi)由下至上設(shè)置若干層折流構(gòu)件，折流構(gòu)件為折流板或折流膜，折流板和折流膜上下依次設(shè)置，使得兩個(gè)折流膜之間為一個(gè)折流板；每個(gè)折流膜的始端固定在第一長(zhǎng)側(cè)面上，末端向第二長(zhǎng)側(cè)面延伸且與第二長(zhǎng)側(cè)面之間留有第一開(kāi)口；每個(gè)折流板的始端固定在第二長(zhǎng)側(cè)面上，末端向第一長(zhǎng)側(cè)面延伸且與第一長(zhǎng)側(cè)面之間留有第二開(kāi)口，使得廢水室內(nèi)的水流在雙極膜電滲析裝置的寬度方向上沿著折流構(gòu)件折流往復(fù)流動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，其特征在于，所述折流板為實(shí)體板；所述折流膜包括靠近主陽(yáng)離子交換膜的副陽(yáng)離子交換膜和靠近主陰離子交換膜的副陰離子交換膜，副陽(yáng)離子交換膜和副陰離子交換膜處于同一平面，且在廢水室的中部無(wú)縫銜接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，其特征在于，所述堿室內(nèi)包括靠近第一雙極膜的第一攪拌器和靠近主陽(yáng)離子交換膜的第二攪拌器，用于攪動(dòng)靠近第一雙極膜和主陽(yáng)離子交換膜的水體，避免氫氧化物沉淀附著膜材料；堿室中下部設(shè)有沉淀斗，沉淀斗的橫截面積小于堿室的橫截面積；堿室上部設(shè)有斜板區(qū)，斜板區(qū)包括若干個(gè)并排的斜板，斜板區(qū)的橫截面積等于堿室的橫截面積。
7.一種處理高磷廢水并資源化利用磷元素的處理方法，其特征在于，使用權(quán)利要求2所述的處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)實(shí)施，且包括以下步驟：(1)將廢水罐內(nèi)的高磷廢水輸入廢水室內(nèi)，并在廢水罐和廢水室之間形成循環(huán)回路；(2)待雙極膜電滲析裝置充滿廢水后，為陰極和陽(yáng)極通電，廢水室中廢水的PO43-透過(guò)主陰離子交換膜，進(jìn)入酸室，陽(yáng)極室中電解水后產(chǎn)生的H+透過(guò)第二雙極膜也進(jìn)入酸室，PO43-與H+生成磷酸；同時(shí)，廢水室中廢水的NH4+和金屬離子透過(guò)主陽(yáng)離子交換膜，進(jìn)入堿室，陰極室中電解水后產(chǎn)生的OH-透過(guò)第一雙極膜也進(jìn)入堿室，NH4+、金屬離子與OH-生成氨水和氫氧化物；(3)雙極膜電滲析裝置內(nèi)的廢水處理完成后，酸室內(nèi)的磷酸由磷酸回收管排出酸室，回收利用；堿室的堿液和廢水室內(nèi)的廢水都排入磷沉淀器，向磷沉淀器內(nèi)投加鈣沉淀劑或鎂沉淀劑，廢水與氨水和氫氧化物反應(yīng)，生成羥基磷灰石或鳥(niǎo)糞石，回收利用；(4)磷沉淀器所得產(chǎn)水輸入膜處理裝置，經(jīng)過(guò)膜處理，得到產(chǎn)水作為中水回用，得到的濃水返回廢水室繼續(xù)處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，步驟(3)中，當(dāng)堿室的NH4+與廢水室中PO43-的N/P摩爾比不大于1，或者廢水室PO43-低于2mmol/L時(shí)，代表電滲析處理完成，停止向雙極膜電滲析裝置通電；鈣沉淀劑或鎂沉淀劑的用量為保持磷沉淀器內(nèi)部的Ca/P或Mg/P為1.2-1.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理方法，其特征在于，當(dāng)廢水的N/P摩爾比小于0.3時(shí)，廢水中的氮元素不足，沉淀劑為氧化鈣和氯化鈣，磷沉淀器的產(chǎn)物為羥基磷灰石。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理方法，其特征在于，當(dāng)廢水的N/P摩爾比不小于0.3且不大于1.0時(shí)，沉淀劑為氧化鎂和氯化鎂，磷沉淀器的產(chǎn)物為鳥(niǎo)糞石。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)及處理方法，利用雙極膜電滲析裝置處理木質(zhì)活性炭生產(chǎn)廢水，在堿室內(nèi)形成氫氧化物和氨水，在酸室形成磷酸，從而降低廢水中的污染物含量，酸室中的磷酸作為產(chǎn)物回收利用，處理后的廢水根據(jù)含氮量的多少，再在鈣/鎂沉淀劑的作用下，產(chǎn)生羥基磷灰石或鳥(niǎo)糞石。
第一方面，所述處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)，包括雙極膜電滲析裝置、磷沉淀器和膜處理裝置，雙極膜電滲析裝置內(nèi)依次設(shè)有陰極、第一雙極膜、主陽(yáng)離子交換膜、主陰離子交換膜、第二雙極膜和陽(yáng)極，第一雙極膜與主陽(yáng)離子交換膜之間為堿室，主陽(yáng)離子交換膜與主陰離子交換膜之間為廢水室，主陰離子交換膜與第二雙極膜之間為酸室，第一雙極膜的外側(cè)為陰極室，第二雙極膜的外側(cè)為陽(yáng)極室；
高磷廢水輸入廢水室，酸室設(shè)有磷酸回收管，堿室和廢水室分別通過(guò)堿液管和第一產(chǎn)水管連接磷沉淀器，將得到的堿液和處理后的廢水輸入磷沉淀器進(jìn)一步處理；
磷沉淀器設(shè)有沉淀劑口，用于輸入鈣沉淀劑或鎂沉淀劑，磷沉淀器通過(guò)第二產(chǎn)水管連接膜處理裝置，膜處理裝置的濃水口連接廢水室，膜處理裝置的產(chǎn)水作為中水回用。
可選的，所述處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)還包括廢水罐，廢水罐的出口連接廢水室的第一進(jìn)口，將高磷廢水輸入廢水室，廢水罐的進(jìn)口連接廢水室的第一出口，使得廢水室與廢水罐之間形成循環(huán)。
可選的，所述處理高磷廢水并資源化利用磷元素的系統(tǒng)還包括水罐、堿水罐和酸水罐，水罐通過(guò)管道連接陰極室和陽(yáng)極室，堿水罐通過(guò)管道連接堿室；酸水罐通過(guò)管道連接酸室。
可選的，所述膜處理裝置選自納濾膜組件、反滲透膜組件中的一種或兩者的組合，根據(jù)廢水水質(zhì)和磷沉淀器的產(chǎn)水水質(zhì)情況，合理選擇膜處理裝置；
膜處理裝置的濃水口連接廢水室的第二進(jìn)口。
可選的，所述廢水室的第一進(jìn)口設(shè)在廢水室的底部，第一出口設(shè)在廢水室的頂部，由廢水罐輸入的廢水由下至上通過(guò)廢水室；廢水室內(nèi)由下至上設(shè)置若干層折流構(gòu)件，折流構(gòu)件為折流板或折流膜，折流板和折流膜上下依次設(shè)置，使得兩個(gè)折流膜之間為一個(gè)折流板；
每個(gè)折流膜的始端固定在第一長(zhǎng)側(cè)面上，末端向第二長(zhǎng)側(cè)面延伸且與第二長(zhǎng)側(cè)面之間留有第一開(kāi)口，允許水流通過(guò)；每個(gè)折流板的始端固定在第二長(zhǎng)側(cè)面上，末端向第一長(zhǎng)側(cè)面延伸且與第一長(zhǎng)側(cè)面之間留有第二開(kāi)口，允許水流通過(guò)，即第一開(kāi)口靠近第二長(zhǎng)側(cè)面，第二開(kāi)口靠近第一長(zhǎng)側(cè)面，使得廢水室內(nèi)的水流在雙極膜電滲析裝置的寬度方向上沿著折流構(gòu)件折流往復(fù)流動(dòng)。
進(jìn)一步可選的，所述折流板為實(shí)體板；所述折流膜包括靠近主陽(yáng)離子交換膜的副陽(yáng)離子交換膜和靠近主陰離子交換膜的副陰離子交換膜，副陽(yáng)離子交換膜和副陰離子交換膜處于同一平面，且在廢水室的中部無(wú)縫銜接。
可選的，所述堿室內(nèi)包括靠近第一雙極膜的第一攪拌器和靠近主陽(yáng)離子交換膜的第二攪拌器，用于攪動(dòng)靠近第一雙極膜和主陽(yáng)離子交換膜的水體，避免氫氧化物沉淀附著膜材料；
堿室中下部設(shè)有沉淀斗，沉淀斗的橫截面積小于堿室的橫截面積；堿室上部設(shè)有斜板區(qū)，斜板區(qū)包括若干個(gè)并排的斜板，斜板區(qū)的橫截面積等于堿室的橫截面積。
可選的，所述沉淀斗的橫截面積與堿室的橫截面積之比為(0.2-0.6):1，以免阻止堿室下部的氫氧化物沉淀返回堿室上部；
沉淀斗的底部連接管道，將沉淀物漿料排出堿室。沉淀斗可以是移動(dòng)式的，即能在堿室內(nèi)移動(dòng)，承接更多從斜板區(qū)滑落的沉淀物。
第二方面，本發(fā)明還提供一種處理高磷廢水并資源化利用磷元素的處理方法，包括以下步驟：
(1)將廢水罐內(nèi)的高磷廢水輸入廢水室內(nèi)，并在廢水罐和廢水室之間形成循環(huán)回路；
(2)待雙極膜電滲析裝置充滿廢水后，為陰極和陽(yáng)極通電，廢水室中廢水的PO43-透過(guò)主陰離子交換膜，進(jìn)入酸室，陽(yáng)極室中電解水后產(chǎn)生的H+透過(guò)第二雙極膜也進(jìn)入酸室，PO43-與H+生成磷酸；
同時(shí)，廢水室中廢水的NH4+和金屬離子透過(guò)主陽(yáng)離子交換膜，進(jìn)入堿室，陰極室中電解水后產(chǎn)生的OH-透過(guò)第一雙極膜也進(jìn)入堿室，NH4+、金屬離子與OH-生成氨水和氫氧化物；
(3)雙極膜電滲析裝置內(nèi)的廢水處理完成后，酸室內(nèi)的磷酸由磷酸回收管排出酸室，回收利用；堿室的堿液和廢水室內(nèi)的廢水都排入磷沉淀器，向磷沉淀器內(nèi)投加鈣沉淀劑或鎂沉淀劑，廢水與氨水和氫氧化物反應(yīng)，生成羥基磷灰石或鳥(niǎo)糞石，回收利用；
(4)磷沉淀器所得產(chǎn)水輸入膜處理裝置，經(jīng)過(guò)膜處理，得到產(chǎn)水作為中水回用，得到的濃水返回廢水室繼續(xù)處理。
可選的，步驟(1)中，水罐為陰極室和陽(yáng)極室蓄滿水，堿水罐為堿室蓄滿水，酸水罐為酸室蓄滿水。
可選的，步驟(2)中，雙極膜電滲析裝置的電流密度為2-8mA/cm2。
可選的，步驟(3)中，當(dāng)堿室的NH4+與廢水室中PO43-的N/P摩爾比不大于1，或者廢水室PO43-低于2mmol/L時(shí)，代表電滲析處理完成，停止向雙極膜電滲析裝置通電。
可選的，步驟(3)中，鈣沉淀劑或鎂沉淀劑的用量為保持磷沉淀器內(nèi)部的Ca/P或Mg/P為1.2-1.5，磷沉淀器的水力停留時(shí)間0.5-2h；
磷沉淀器選自攪拌釜或流化床，使用攪拌釜時(shí)攪拌釜的轉(zhuǎn)速為120-180rpm；使用流化床時(shí)，流化床的上升流速為10-30mm/s，回流比1-4。
可選的，步驟(3)中，根據(jù)堿室的NH4+與廢水室中PO43-的N/P摩爾比不同，使用不同的沉淀劑，得到不同的產(chǎn)物，具體的，當(dāng)廢水的N/P摩爾比小于0.3時(shí)，廢水中的氮元素不足，沉淀劑為氧化鈣和氯化鈣，磷沉淀器的產(chǎn)物為羥基磷灰石；當(dāng)廢水的N/P摩爾比不小于0.3且不大于1.0時(shí)，沉淀劑為氧化鎂和氯化鎂，磷沉淀器的產(chǎn)物為鳥(niǎo)糞石。
步驟(4)的膜處理?xiàng)l件根據(jù)磷沉淀器所得產(chǎn)水的水質(zhì)而調(diào)整。
（發(fā)明人：葉欣;吳杰;王曉君;陳少華;劉耀興）
