[發(fā)明專利]基于金屬空氣電池的水處理回收裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911135030.2
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111138009B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚宏;李新洋;張家赫;張濟(jì)民
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: C02F9/06
• 分類號: C02F9/06;H01M12/06;C02F101/10;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 姜威

本發(fā)明提供了一種基于金屬空氣電池的水處理回收裝置及其方法，包括：產(chǎn)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和水處理回收系統(tǒng)；產(chǎn)電系統(tǒng)包括腐蝕性金屬負(fù)極、空氣擴(kuò)散正極和腔體，腐蝕性金屬負(fù)極和空氣擴(kuò)散正極對向放置，與腔體共同構(gòu)成密閉容器，空氣擴(kuò)散正極的外側(cè)與空氣接觸；產(chǎn)電系統(tǒng)分別通過腐蝕性金屬負(fù)極和空氣擴(kuò)散正極與儲能系統(tǒng)電路連接，產(chǎn)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)之間設(shè)置有開關(guān)，用于切換產(chǎn)電系統(tǒng)的正負(fù)極，調(diào)整充放電狀態(tài)；產(chǎn)電系統(tǒng)通過管路與水處理回收系統(tǒng)連接，水處理回收系統(tǒng)包括循環(huán)泵、罐體和結(jié)晶過濾器。本裝置可以實(shí)現(xiàn)電能自給和無需外援化學(xué)物質(zhì)添加的水處理與資源回收。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于金屬空氣電池的水處理回收裝置及其方法。

背景技術(shù)

近年來，開發(fā)可持續(xù)的水處理新技術(shù)是水污染控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中關(guān)鍵點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)廢水中潛在營養(yǎng)元素如氨氮、磷酸鹽等高效回收的同時(shí)對廢水中難降解有機(jī)物的有效去除。由于氨氮和磷酸鹽是水污染控制的關(guān)鍵性指標(biāo)，是引起水體富營養(yǎng)化的主要原因，同時(shí)氨氮和磷酸鹽又是農(nóng)業(yè)以及化工行業(yè)重要的化肥或原料。因此，如果將廢水中的高濃度氮磷高效回收，則可以實(shí)現(xiàn)廢水處理的可持續(xù)發(fā)展。針對廢水中氮磷回收，學(xué)界以及工業(yè)界已經(jīng)開展了廣泛研究，并取得了諸多創(chuàng)新和進(jìn)展。其中研究最為廣泛的方法是：磷酸銨鎂共沉淀法。該方法通過向含氮磷廢水中投加鎂鹽，通過工藝調(diào)控，實(shí)現(xiàn)水中的氮磷的同步去除。同時(shí)磷酸銨鎂俗稱“鳥糞石”是一種優(yōu)良的緩釋化肥，肥效優(yōu)異，是氮磷資源回收的重要目標(biāo)產(chǎn)物，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外，對于僅高含磷酸鹽的廢水，通過投加鐵離子產(chǎn)生磷酸鐵類結(jié)晶產(chǎn)物，最后以藍(lán)鐵礦形式回收，由于其特殊的礦物染料，在磷酸鹽回收上也具有廣泛的前景。但是該方法需要大量的外援金屬鹽物質(zhì)，投加的藥劑量大，同時(shí)還需要持續(xù)的人工投入，并進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)，因此，為了提高金屬鹽的投加效率，有專利(申請?zhí)枮?01610259921.9)提出用電化學(xué)的方式進(jìn)行金屬離子投加。腐蝕性金屬在電流作用下，可以向溶液中釋放金屬陽離子，但是該裝置的整個(gè)體系仍然需要額外的電能才能滿足反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行；Xi Chen等人(Self-sustaining advanced wastewater purification andsimultaneous in situ nutrient recovery in a novel bioelectrochemical system,Chem Eng J,2017，692-697)提出了采用微生物燃料電池技術(shù)在去除有機(jī)物的同時(shí)，通過設(shè)置在電池中的陰陽離子膜將廢水中氨氮和磷酸鹽以液態(tài)的形式回收，在不投加電能和化學(xué)藥劑的情況下，高效回收廢水中氮磷同時(shí)有效去除有機(jī)污染物，同時(shí)還能產(chǎn)生電能。但其缺點(diǎn)是，微生物燃料電池受微生物固有條件的限制，對環(huán)境溫度和水質(zhì)條件都比較敏感，尤其是其以廢水中有機(jī)物為主要燃料，如果廢水中的有機(jī)物生物不可降解或者生物毒性強(qiáng)，電池系統(tǒng)的產(chǎn)電性能就會(huì)受到很大影響。同時(shí)，如果廢水中含有的有機(jī)物較少，或者沒有有機(jī)物，微生物燃料電池就無法實(shí)現(xiàn)氮磷的去除；此外，專利(申請?zhí)?01510372998.2)通過使用海水電池來實(shí)現(xiàn)對養(yǎng)殖廢水中氮磷的回收同時(shí)產(chǎn)生電能，并獲得較高的回收效果。但是該海水電池僅針對廢水中的氮磷，其并無法有效去除廢水中潛在的其他有機(jī)物。

因此，基于以往研究中存在的不足，針對廢水中氮磷和有機(jī)物等復(fù)雜水質(zhì)，亟需開發(fā)一種可以在處理過程中實(shí)現(xiàn)電能自給和無需外援化學(xué)物質(zhì)添加的水處理與資源回收裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于金屬空氣電池的水處理回收裝置及其方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)問題中的缺陷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種基于金屬空氣電池的水處理回收裝置，包括：產(chǎn)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和水處理回收系統(tǒng)；

所述的產(chǎn)電系統(tǒng)包括腐蝕性金屬負(fù)極、空氣擴(kuò)散正極和腔體，所述腐蝕性金屬負(fù)極和空氣擴(kuò)散正極對向放置，與腔體共同構(gòu)成密閉容器，所述空氣擴(kuò)散正極的外側(cè)與空氣接觸；