一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地的制作方法

本发明涉及环境工程的人工湿地领域，特别是涉及一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地。

背景技术：

1、人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水和污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。传统人工湿地对cod、氨氮等有较好的去除效果，但对于磷化合物，传统人工湿地主要是通过基质吸附、沉淀以及植物吸收等过程去除，其中磷的去除率仅为10％-15％。同时人工湿地基质吸附容量和植物生物量有限，这类人工湿地在长期运行后对磷的去除率逐渐降低。另一方面，目前人类对磷矿资源的利用方式是不可持续的，不断开采不可再生的磷矿资源，大部分磷元素将排入水体或污泥中难以回收利用。作为一种不可再生资源，磷回收在未来的污水处理技术中将越发重要。

2、目前，对于提升人工湿地的总磷去除率主要是改良传统人工湿地中具有较高孔隙率的除磷滤料实现磷的吸附，这类技术能够有效提高人工湿地对污水中磷的去除率，但存在饱和后总磷的二次释放及吸附于滤料的总磷难以进行回收等问题。

3、因此，构建一种新型的强化氮磷去除及回收利用的人工湿地技术对污水处理和资源可持续发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高效的氮磷回收电化学反应人工湿地系统，解决现有人工湿地污水处理技术中总磷去除率低、氮磷元素难以回收的技术问题。本发明电化学基本反应原理如下所示：

2、阴极反应：2e—+2h2o→h2+2oh—

3、阳极反应：mg-2e—→mg2+

4、总反应：mg2++nh4++po43-+6h2o→mgnh4po4·6h2o↓(鸟粪石)

5、利用电化学电解技术，以电解阳极区天然含镁矿滤料作为缓释镁源，阴极部分电解水释放大量的氢氧根离子使阴极附近的ph升高营造碱性条件，促使磷结晶析出在电解的阴极区形成鸟粪石(磷酸铵镁)结晶。常温下，鸟粪石在水中的溶解度为2.5×10^-13，由该技术回收的氨磷处理率高，且在阴极富集后结晶纯度高，稍做处理后有的鸟粪石即可作为农业磷肥使用。

6、为达到以上目的，本发明提出以下技术方案：

7、一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，布水系统、滤料层和集水系统，其特征在于所述滤料层采用含镁滤料，所述人工湿地设置有电化学反应装置，所述电化学反应装置的阴极和阳极均布置入滤料层；所述电化学反应装置对于所述阴极采用阴极棒并还设置隔离透水管，所述阴极棒插入在所述隔离透水管中，所述隔离透水管允许滤料层中的水进入隔离透水管中但将所述阴极棒和滤料隔离开来并在管中形成絮凝空间，并且隔离透水管中的水和滤料层中的水连成一个整体水体；所述人工湿地还设置排空管，所述排空管和隔离透水管的下端连通，实现氨磷元素的回收，净化后的水从集水系统收集排出。

8、本发明中，经由阴极棒插入的隔离透水管将滤料层分隔为阳极区和阴极区，阳极区内填充有用富含镁元素的水处理滤料，作为缓释镁源以溶解出镁离子，所述镁矿填料内插入有与电源动力装置的阳极连接的阳极，所述阴极区内插入有使溶出的镁离子与污水中的铵根和磷酸根在碱性环境下形成鸟粪石结晶的碳棒电极，所述碳棒电极与所述电源动力装置的阴极连接。

9、在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：

10、所述的人工湿地系统采用模块组合结构，采用土建或高分子材料作为容器构成模块容器，在模块容器内设置所述布水系统、滤料层、集水系统和电化学反应装置。在土建作为模块容器的情况下，可以在容器壁内侧设置土工膜，作为防渗和防漏电结构，所述高分子材料则可以采用pe等。

11、所述的人工湿地内的滤料优选为富含镁矿的水处理滤料；

12、对于阳极来说，可以直接布置入滤料层中，所述阳极可采用阳极棒。所述阳极和阴极均可采用惰性材料制作，比如都采用碳棒。

13、所述电化学反应装置对于所述阳极采用阳极棒，并还设置阳极棒隔离透水管，所述阳极棒插入在所述阳极棒透水管中，阳极棒成为可方便更换的结构，这样，所述阳极可以含镁材料，有助于电化学反应的加速进行。

14、可选的，所述电化学反应装置中的电源动力装置可为常规动力，也可为光伏等其他新能源。

15、由于采用本发明的技术方案，本发明所述的人工湿地具有下述优点：

16、1、利用本技术回收氮磷，不仅可以强化人工湿地的氮、磷去除效果，而且可以实现氨氮和磷酸根离子的资源化回收利用。

17、2、利用本技术回收氮磷不需要调节水体中ph，就可实现氮、磷的高效去除和回收，解决传统人工湿地总磷去除率低的技术难题。

18、3、利用本技术通过电化学法强化人工湿地的氮、磷去除效果，可提升人工湿地的水力负荷，降低人工湿地的占地面积，实现人工湿地的高度集成化和模块化。

19、4、利用本技术通过电化学法在阴极析出极难溶于水的鸟粪石化合物，特别适用于含磷低浓度废水的深度处理。

20、5、通过本技术可在阴极集中析出氮磷絮状物，定期排空，不仅能够实现氨磷元素的回收，并且能够提高人工湿地填料的使用寿命，延缓湿地的堵塞年限。

技术特征：

1.一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，布水系统、滤料层和集水系统，其特征在于所述滤料层采用含镁滤料，所述人工湿地设置有电化学反应装置，所述电化学反应装置的阴极和阳极均布置入滤料层；所述电化学反应装置对于所述阴极采用阴极棒并还设置隔离透水管，所述阴极棒插入在所述隔离透水管中，所述隔离透水管允许滤料层中的水进入隔离透水管中但将所述阴极棒和滤料隔离开来并在管中形成絮凝空间，并且隔离透水管中的水和滤料层中的水连成一个整体水体；所述人工湿地还设置排空管，所述排空管和隔离透水管的下端连通。

2.如权利要求1所述的一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，其特征在于所述的人工湿地系统采用模块组合结构，采用土建或高分子材料作为容器构成模块容器，在模块容器内设置所述布水系统、滤料层、集水系统和电化学反应装置。

3.如权利要求1所述的一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，其特征在于所述阳极直接布置入滤料层中。

4.如权利要求1所述的一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，其特征在于所述电化学反应装置对于所述阳极采用阳极棒，并还设置阳极棒隔离透水管，所述阳极棒插入在所述阳极棒透水管中。

5.如权利要求4所述的一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，其特征在于所述阳极含有含镁材料。

技术总结
本发明提供了一种电化学阴极氮磷结晶回收的人工湿地，其滤料层采用含镁滤料，所述人工湿地设置有电化学反应装置，其阴极和阳极均布置入滤料层；所述阴极棒插入在所述隔离透水管中，所述隔离透水管允许滤料层中的水进入隔离透水管中但将所述阴极棒和滤料隔离开来并在管中形成絮凝空间，并且隔离透水管中的水和滤料层中的水连成一个整体水体；所述人工湿地还设置排空管，所述排空管和隔离透水管的下端连通。本发明不仅可以强化人工湿地的氮、磷去除效果，而且可以实现氨氮和磷酸根离子的资源化回收利用，不需要调节水体中PH，就可实现氮、磷的高效去除和回收，解决传统人工湿地总磷去除率低的技术难题。

技术研发人员：卢烨彬,李威,贾娟华,李华斌,张沛
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14