[发明专利]一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用，属于环境工程水处理技术领域。原电池包括疏水层、阴极层和阳极层；所述疏水层涂覆在阴极层的下表面，所述阳极层涂覆在阴极层的上表面；所述阳极层为镁粉和粘合胶的混合物，所述阳极层用于提供镁离子，该镁离子用于与铵根离子和磷酸根离子反应得到磷酸铵镁沉淀。优选地，阴极层为疏水碳布，碳布的厚度约5mm‑200mm，每平方米阳极上含有镁粉2‑10g。本发明中的原电池充分发挥了无动力优势，在疏水层和碳布的作用下，形成了镁空气原电池且具有良好的稳定性，将极大地推进污废水脱氮除磷的发展，并改善生态环境。

技术领域

本发明属于环境工程水处理技术领域，更具体地，涉及一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用。

背景技术

传统脱氮除磷技术(如：A/O、A²/O、氧化沟等生物法，絮凝剂等药剂法，电解法等化学法)因处理速率慢、占地面积大、容易产生二次污染、成本高等问题制约了环保行业尤其是氮磷含量过多的畜禽养殖等行业生态环境的发展。因此，人们开始转向开发一种无动力、低能耗、高效率、简单易操作的脱氧除磷工艺方法。

现有利用电化学鸟粪石结晶沉淀法脱氮除磷技术因其反应时间短、处理速率快、可资源化回收氮磷已逐渐成为当前许多国内外专家学者研究的热点。鸟粪石法氮磷回收技术不仅兼具脱氮除磷功能，回收的鸟粪石还可作为缓释长效肥直接应用于农业生产，可缓解当前磷矿石资源短缺的危机，被认为是一种可部分替代传统生物、化学除磷的经济型技术，具有重要的应用前景。目前已在畜禽养殖行业、磷化工行业、污泥脱水后上清液处理等多种行业领域得到了广泛的应用。

近年来，常用电化学电解法进行鸟粪石结晶沉淀脱氮除磷。电解法是以镁金属板为阳极原电池材料，通过施加一定的电压使镁金属板被电解释放镁离子，与废水中的氮磷反应生成磷酸铵镁(鸟粪石缓释肥)(反应公式如下)，从而资源化回收氮磷，达到脱氮除磷的目的。目前，这类电化学电解法在水处理领域被大量关注与研究，其中，在畜禽养殖行业尤其突出，具有氮磷回收显著、鸟粪石时空产率高等优点，但此电解法需要消耗电能，能耗较高且电流必须连续稳定可控。在相关领域行业尤其相对于畜禽养殖行业低收入、高风险的特征，其方法运行成本较高，不利于大规模的推广和应用。

阳极：Mg→Mg²⁺+2e^-

阴极：2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

总反应：Mg²⁺+NH₄⁺+H_nPO₄^2-n+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+nH⁺

发明内容

本发明解决了现有技术中脱氮除磷方法需要消耗电能导致能耗较大，且电流不能实现连续稳定，本发明提供了一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用，原电池包括疏水层、阴极层和阳极层；疏水层和阳极层分别涂覆在阴极层的上下表面；阳极层为镁粉和粘合胶的混合物，阳极层用于提供镁离子，该镁离子用于与铵根离子和磷酸根离子反应得到磷酸铵镁沉淀。本发明中的原电池用于脱氮除磷无需提供电能，且能高效地除去废水中的铵根离子和磷酸根离子。

根据本发明的第一方面，提供了一种无动力脱氮除磷原电池，包括疏水层、阴极层和阳极层；所述疏水层涂覆在阴极层的下表面，所述阳极层涂覆在阴极层的上表面；所述阳极层为镁粉和粘合胶的混合物，所述阳极层用于提供镁离子，该镁离子用于与待处理体系中的铵根离子和磷酸根离子反应得到磷酸铵镁沉淀。

优选地，所述阴极层为疏水碳布，所述疏水碳布的厚度约5mm-200mm。

优选地，所述疏水层为聚氨酯层，每平方米疏水层上含有聚氨酯2-10g。