一种从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的制作方法

本实用新型涉及污泥资源化技术领域，尤其涉及一种从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置。

背景技术：

磷是人类和动、植物各种生命活动不可缺少的元素之一，在自然界主要以磷酸盐岩石、鸟粪石及动物化石等天然磷酸盐矿石存在。但磷矿是不可再生资源，其储量是有限的，所以磷的回收利用是很有必要的。污泥中有一种被忽略的资源，那就是污泥中含量较高的磷，随着城市污水磷排放标准的日益严格，越来越多的污水处理厂采用了强化生物除磷工艺(EBPR)，这也导致富磷污泥日益增多，含磷量约为4％甚至高9％以上。开发经济高效的污泥磷回收技术不仅有利于污泥的处理与处置及其资源化，而且还可为磷的可持续利用开辟新的途径。

含磷污泥经过热处理(如超临界氧化、焚烧、热解、气化等)，转化为含磷灰渣，磷会在灰渣中得到富集。目前，对污泥灰这种固体物质中磷的回收，多采用“酸浸取+磷盐沉淀”方法进行，但由于污泥灰成分复杂，所得到的浸取液组分多样，导致沉淀得到的磷盐产品为混合物，纯度很低。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置，旨在解决通过现有含磷污泥回收方法得到的磷盐产品纯度低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：

一种从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置，该装置包括：

包括阴极隔板、位于所述阴极隔板一侧的阳极隔板，以及设置于所述阴极隔板与所述阳极隔板之间的多个依次相接的分离隔板；

所述阴极隔板、所述阳极隔板及所述分离隔板上分别设有进液口和出液口；

所述阴极隔板上设有阴极板；所述阳极隔板上设有阳极板；

所述阴极隔板与第一个分离隔板之间设有阴离子交换膜，所述阳极隔板与最后一个分离隔板之间设有阴离子交换膜，每相邻的两个分离隔板之间设有阳离子交换膜或阴离子交换膜；所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜交替分布；

第一个阴离子交换膜和最后一个阴离子交换膜之间形成一组或多组分离单元室；按照从阴极到阳极的方向依次为用于承装软水的第一软水室、用于承装含磷灰渣浸取液的原料室、用于承装软水的第二软水室、用于承装盐溶液的盐室；

所述第一软水室、所述原料室、所述第二软水室和所述盐室之间通过阳离子交换膜或阴离子交换膜分隔。

进一步的，所述分离隔板包括分离隔板框及设置在所述分离隔板框上的分离支撑网。

进一步的，所述分离隔板上的进液口及出液口分别设置所述分离隔板框上；

所述分离隔板的进液口包括多个沿所述分离隔板框的厚度方向设置的第一进液口及多个沿所述分离隔板框的高度方向设置的第二进液口；每一所述第一进液口与其中一个所述第二进液口连通，且所述第一进液口数量是所述第二进液口数量的四倍；

所述分离隔板的出液口包括多个沿所述分离隔板框的厚度方向设置的第一出液口及多个沿所述分离隔板框的高度方向设置的第二出液口；每一所述第一出液口与其中一个所述第二出液口连通，且所述第一出液口数量是所述第二出液口数量的四倍，分离隔板第一出液口的数量与所述第一进液口的数量相同，分离隔板第二出液口的数量与所述第二进液口的数量相同。

进一步的，所述分离隔板的数量为四的倍数，以四个分离隔板为一组，其中，

第一个分离隔板的多个第二进液口分别与第一个第一进液口、第五个第一进液口…第N+1个第一进液口连通；

第二个分离隔板的多个第二进液口分别与第二个第一进液口、第六个第一进液口…第N+2个第一进液口连通；

第三个分离隔板的多个第二进液口分别与第三个第一进液口、第七个第一进液口…第N+3个第一进液口连通；

第四个分离隔板的多个第二进液口分别与第四个第一进液口、第八个第一进液口…第N+4个第一进液口连通；其中，N为四的倍数。

进一步的，所述阴极隔板包括阴极隔板框及设置在所述阴极隔板框上的阴极支撑网；所述阴极隔板的进液口包括多个沿所述阴极隔板框的厚度方向设置的第三进液口；以及设置在所述阴极隔板框的侧壁上的第四进液口；所述第三进液口与所述第一进液口一一对应且连通；所述阴极隔板的第四出液口位于所述阴极隔板框的侧壁上。

进一步的，所述阳极隔板包括阳极隔板框及设置在所述阳极隔板框上的阳极支撑网；所述阳极隔板的出液口包括多个沿所述阳极隔板框的厚度方向设置的第五出液口；以及设置在所述阴极隔板框的侧壁上的第六出液口；所述第五出液口与所述第一出液口一一对应且连通；所述阳极板的第六进液口位于所述阳极隔板框的侧壁上。

进一步的，所述阴极板和阳极板上设有正负电源接线柱，所述正负电源接线柱通过导线与外电源接通。

进一步的，所述从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置还包括第一固定板和第二固定板，

所述第一固定板上设有第一螺栓孔、阴极接线柱孔和多个沿所述第一固定板厚度方向设置的第七进液口，所述第七进液口与所述第一进液口和第三进液口一一对应且连通；

所述第二固定板上设有第二螺栓孔、阳极接线柱孔和多个沿所述第二固定板厚度方向设置的第七出液口，所述第七出液口与所述第一出液口和第五出液口一一对应且连通；

所述第一固定板设置于所述阴极隔板的外侧，所述第一固定板与第一个阴离子交换膜之间形成阴极室；

所述第二固定板设置于所述阳极隔板的外侧，所述第二固定板和最后一个阴离子交换膜之间形成阳极室。

进一步的，所述第一固定板与所述第二固定板经螺栓连接。

进一步的，所述阳离子交换膜为聚乙烯均相磺酸型离子交换膜。

进一步的，所述阴离子交换膜为聚乙烯均相季胺型离子交换膜。

请参阅图1，现对本实用新型提供的磷分离装置的工作原理进行说明。

本实用新型提供的磷分离装置由阴极室、阳极室，一组或多组分离单元室组成，所述分离单元室按照从阴极室到阳极室的方向排序由第一软水室-原料室-第二软水室-盐室构成。阴极室、阳极室和分离单元室之间通过交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜间隔，阴极室的右侧为阴离子交换膜。

向磷分离装置的阴极室和阳极室内充入分别通盐溶液作为阴阳电极导电液，可选NaOH、NaNO3、Na2SO4、KOH、KNO3、K2SO4等，优选NaNO3溶液；向第一软水室和第二软水室中加入软水；向原料室中加入含磷灰渣的浸取液；向盐室中加入盐溶液，可选NaOH、NaNO3、Na2SO4、KOH、KNO3、 K2SO4等，优选NaNO3溶液。含磷灰渣经过酸浸取后，得到的磷浸取液中的磷以磷酸根形式存在。在两端电极施加的电压作用下，磷浸取液中的阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，两电极板之间的阴阳离子交换膜具有较高的离子选择透过性功能。原料室中的磷浸取液中的阳离子(Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等) 通过相邻的阳离子交换膜迁移到第一软水室中，同时阴极室中的阴离子(NO3^-或Cl^-)通过相邻的阴离子交换膜迁移到第一软水室中，形成混盐溶液 (FeCl3、CaCl2、AlCl3或Fe(NO3)3、Ca(NO3)2、Al(NO3)3等)。原料室中磷浸取液中的阴离子(PO4^3-与Cl^-或PO4^3-与NO3^-)通过相邻的阴离子交换膜迁移到第二软水室中，同时盐室中的阳离子(Na⁺或K⁺)通过相邻的阳离子交换膜迁移到第二软水室中，形成磷溶液(Na3PO4与NaCl或Na3PO4与NaNO3或 K3PO4与KCl或K3PO4与KNO3)，从而实现磷浸取液中磷的分离与提取。后续通过沉淀法，根据产品需要，向所述磷溶液中添加不同的沉淀剂，得到磷盐产品，如磷酸钙、磷酸铁、鸟粪石等。

本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的有益效果在于：本实用新型提供的磷分离装置通过将第一软水室、原料室、第二软水室和盐室按照特定的顺序进行排布，并结合电化学方法、离子交换膜的选择性透过性原理，实现了对含磷灰渣浸取液中磷的高效分离。原料室中的含磷灰渣浸取液中的阳离子在电场的作用下通过阳离子交换膜迁移到第一软水室中，磷酸根离子在电场和离子交换膜的高选择透过性的作用下，在第二软水室中富集，根据产品需要，向富集的磷溶液中添加不同的沉淀剂，实现了污泥中磷资源的高效回收，得到了纯度较高的磷盐产品，磷产品回收率可达96％以上，纯度可达 98％以上，从真正意义上实现了的污泥资源化利用，可有效缓解磷矿资源日益匮乏和水体富营养化的矛盾局面，兼具环境价值及经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置示意图；

图2是本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置示意图；

图3是本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置中分离隔板的结构图；

图4是本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置中阴极隔板的结构图；

图5是本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置中阳极隔板的结构图；

图6为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置中第一固定板的结构图；

图7为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置中第二固定板的结构图。

1-阴极室；1a-阴极隔板；2-第一软水室；2a-第一软水室隔板；3-原料室； 3a-原料室隔板；4-第二软水室；4a-第二软水室隔板；5-盐室；5a-盐室隔板； 6-阳极室；6a-阳极隔板；7-分离支撑网；8-隔板框；9-第一进液口；10-第二进液口；11-第一出液口；12-阴极板；13-阴极接线柱；14-第四进液口；15-第四出液口；16-第三进液口；17-阴极隔板框；18-阴极支撑网；19-第六出液口； 20-第六进液口；21-第五出液口；22-阳极隔板框；23-阳极板；24-阳极接线柱；25-阳极支撑网；26-第一螺栓孔；27-阴极接线柱孔；28-第七进液口；29- 第七出液口；30-阳极接线柱孔；31-第二螺栓孔；32-阴离子交换膜；33-阳离子交换膜；34-第一固定板；35-第二固定板；a-软水；b-含磷灰渣浸取液；c-盐溶液；e1-导电液。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-图5以下对本实用新型实施例进行详细说明。

从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置，包括阴极隔板1a，设置于阴极隔板 1a上的阴极板12，阳极隔板6a，设置于阳极隔板6a上的阳极板23，以及按照从阴极到阳极方向设置于阴极隔板1a和阳极隔板6a之间的第一软水室隔板 2a-原料室隔板3a-第二软水室隔板4a-盐室隔板5a；阴极隔板1a，阳极隔板 6a，第一软水室隔板2a，原料室隔板3a，第二软水室隔板4a和盐室隔板5a 之间设有交替排布的阴离子交换膜32，阳离子交换膜33；交替排布的阴离子交换膜32和阳离子交换膜33隔出了多个隔室，按照从阴极到阳极的方向为：第一软水室2-原料室3-第二软水室4和盐室5，其为1个分离单元室；阴极隔板1a和阳极隔板6a之间可设置1组或多组分离单元室。

阴极隔板1a，阳极隔板6a，第一软水室隔板2a，原料室隔板3a，第二软水室隔板4a和盐室隔板5a上分别设有进液口和出液口。导电液e1分别通过阴极隔板1a和阳极隔板6a设置的进液口加入阴极室1和阳极室6，软水a分别通过第一软水室隔板2a与第二软水室4a设置的进液口加入第一软水室2和第二软水室4中，含磷灰渣浸取液b通过原料室隔板3a设置的进液口加入原料室3中，盐溶液c通过盐室隔板5a设置的进液口加入盐室5中。各个隔室内的溶液通过各隔板上设置的出液口流出。

本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置，与现有技术相比，通过将第一软水室2、原料室3、第二软水室4和盐室5按照特定的顺序进行排布，实现了将含磷灰渣浸取液中的磷酸根离子在电场和阴离子交换膜32的高选择透过性的作用下在第二软水室4中富集，并根据产品需要，富集的磷溶液中添加不同的沉淀剂，从而实现了污泥中磷资源的高效回收，得到了纯度较高的磷盐产品，磷产品回收率可达96％以上，纯度可达98％以上。

作为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的一种具体实施方式，阴极板12和阳极板23可选钛涂层钽铱材质的阴极板和阳极板。

进一步的，请参阅图3，所述分离隔板为中空型的结构，包括分离隔板框 8及设置在所述分离隔板框上的分离支撑网7。

作为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的一种具体实施方式，分离隔板框8采用聚四氟乙烯或PVC材质，分离支撑网7的网格为菱形结构。

分离支撑网7设置为菱形结构有利于溶液的分布，提高分离效率。

进一步的，请参阅图3，所述分离隔板上的进液口及出液口分别设置所述分离隔板框8上；所述分离隔板的进液口包括多个沿所述分离隔板框的厚度方向设置的第一进液口9及多个沿所述分离隔板框的高度方向设置的第二进液口 10；每一所述第一进液口9与其中一个所述第二进液口10连通，且所述第一进液口数量是所述第二进液口数量的四倍。

所述分离隔板的出液口包括多个沿所述分离隔板框的厚度方向设置的第一出液口11及多个沿所述分离隔板框的高度方向设置的第二出液口；每一所述第一出液口与其中一个所述第二出液口连通，且所述第一出液口数量是所述第二出液口数量的四倍，分离隔板第一出液口的数量与所述第一进液口的数量相同，分离隔板第二出液口的数量与所述第二进液口的数量相同。第一出液口 11和第二出液口的设置与第一进液口9和第二进液口10的设置相同。通过分离隔板加入各隔室的物料可以从上端进，也可以从下端进，即进液口和出液口的位置可以互换。

物料通过第一进液口9通入，经第二进液口10流出，沿着设置于隔板框 8上的分离支撑网溶液向上分布，使溶液溶液充分与离子交换膜接触，提高离子交换膜的分离效率，分离工艺结束之后，由第一出液口11和第二出液口将溶液抽出。

进一步的，请参阅图3，所述分离隔板的数量为四的倍数，以四个分离隔板为一组，其中，

每个分离隔板的第二进液口10与第一进液口9纵向贯通，各个分离隔室内的物料通过第一进液口和第二进液口通入到对应的隔室中，不同的物料选择不同的第一进液口和第二进液口通入对应的隔室中，不同隔板的纵向孔设置的位置不重合，第一进液口的设置个数为4的倍数。

优选的进液方式为，第一个分离隔板的多个第二进液口分别与第一个第一进液口、第五个第一进液口…第N+1个第一进液口连通；

第二个分离隔板的多个第二进液口分别与第二个第一进液口、第六个第一进液口…第N+2个第一进液口连通；

第三个分离隔板的多个第二进液口分别与第三个第一进液口、第七个第一进液口…第N+3个第一进液口连通；

第四个分离隔板的多个第二进液口分别与第四个第一进液口、第八个第一进液口…第N+4个第一进液口连通；其中，N为四的倍数。

优选的出液方式为，第一个分离隔板的多个第二出液口分别与第一个第一出液口、第五个第一出液口…第N+1个第一出液口连通；

第二个分离隔板的多个第二进液口分别与第二个第一出液口、第六个第一出液口…第N+2个第一出液口连通；

第三个分离隔板的多个第二出液口分别与第三个第一出液口、第七个第一出液口…第N+3个第一出液口连通；

第四个分离隔板的多个第二出液口分别与第四个第一出液口、第八个第一出液口…第N+4个第一出液口连通；其中，N为四的倍数。

例如，若第一进液口设置为8个，则第二进液口设置为2个，同样的，第一出液口设置为8个，第二出液口设置为2个。若选择第一软水室隔板2a上第一个第一进液口和第五个第一进液口将软水a通入第一软水室2中，则第一软水室隔板2上的两个第二进液口则设置在与第一个第一进液口和第五个第一进液口位置相同的高度方向上，当通过第一个第一进液口和第五个第一进液口通入软水时，则软水只能从在相同位置设有第二进液口的隔板流出，而不会从其他隔板流出，从而通过选择不同的第一进液口和第二进液口便可实现将不同物料同时通入对应的隔室中，互不干扰。

作为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的一种具体实施方式，第一软水室隔板2a的第二进液口设置在第一个第一进液口和第五个第一进液口位置相同的高度方向上；原料室隔板3a的第二进液口设置在与第二个第一进口和第六个第一进液口位置相同的高度方向上；第二软水室隔板4a 的第二进液口设置在第三个第一进液口和第七个第一进液口相同的高度方向上；盐室隔板5a的第二进液口设置在第四个第一进液口和第八个第一进液口位置相同的高度方向上。

因此，选择第一个第一进液口和第五个第一进液口作为软水a的第一个进料口；选择第二个第一进口和第六个第一进液口作为含磷灰渣浸取液b的进料口；选择第三个第一进液口和第七个第一进液口作为软水a的第二个进料口；选择第四个第一进液口和第八个第一进液口作为盐溶液c的进料口，便可实现同时向第一软水室2、原料室3、第二软水室4、盐室5中通入不同的物料且互不干扰，各个隔室的溶液从与进液口对应位置的出液口流出。

优选的进液方式可以使溶液分布的更均匀，提高分离效率。

优选的进液方式配合优选的出液方式，可实现多股物料同时进料，同时出料，互不干扰，提高了分离效率，便于实现大规模应用。

进一步的，请参阅4，所述阴极隔板1a包括阴极隔板框17及设置在所述阴极隔板框17上的阴极支撑网18；所述阴极隔板的进液口包括多个沿所述阴极隔板框的厚度方向设置的第三进液口16；以及设置在所述阴极隔板框的侧壁上的第四进液口14；所述第三进液口16与所述第一进液口9一一对应且连通；所述阴极隔板的第四出液口15位于所述阴极隔板框17的侧壁上。

阴极导电液通过阴极隔板1a侧壁上设置的第四进液口14通入阴极室、通过第四出液口15流出。阴极隔板框17上设置的第三进液口16与第一进液口 9一一对应且连通，可将各物料通过阴极隔板框17上设置的第三进液口16通入各个隔室中，不同的物料选择不同的进液口。

进一步的，请参阅5，所述阳极隔板包括阳极隔板框22及设置在所述阳极隔板框上的阳极支撑网25；所述阳极隔板的出液口包括多个沿所述阳极隔板框的厚度方向设置的第五出液口21；以及设置在所述阴极隔板框的侧壁上的第六出液口19；所述第五出液口21与所述第一出液口11一一对应且连通；所述阳极板的第六进液口20位于所述阳极隔板框22的侧壁上。

阳极导电液通过设置于阳极隔板框22侧壁上的第六进液口20加入，通过第六出液口19流出。第五出液口21与所述第一出液口11一一对应且连通，用于将各个隔室的溶液抽出，不同的隔室选择不同的出液口。

进一步的，请参阅图4和图5，所述阴极板12上设有阴极接线柱13，阳极板23上设有阳极接线柱24，阴极接线柱13和阳极接线柱24通过导线与外电源接通。

进一步的，请参阅图6和图7，从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置还包括第一固定板34和第二固定板35；

所述第一固定板34上设有第一螺栓孔26、阴极接线柱孔27和多个沿所述第一固定板厚度方向设置的第七进液口28，所述第七进液口28与第一进液口9和第三进液口16一一对应且连通；

所述第二固定板35上设有第二螺栓孔31、阳极接线柱孔24和多个沿所述第二固定板厚度方向设置的第七出液口28，所述第七出液口28与所述第一出液口11和第五出液口21一一对应且连通；第一螺栓孔26与第二螺栓孔31 一一对应，阴极接线柱孔27与阴极隔板1a上设置的阴极接线柱13的位置对应，阳极极接线柱孔30与阴极隔板6a上设置的阳极接线柱24的位置对应；

所述第一固定34板设置于所述阴极隔板1a的外侧，所述第一固定板34 与第一个阴离子交换膜之间形成阴极室1；

所述第二固定板35设置于所述阳极隔板6a的外侧，所述第二固定板35 和最后一个阴离子交换膜之间形成阳极室6。

进一步的，第一固定板34与所述第二固定板35经螺栓连接。

第一固定板34上设置的第七进液口28与第一进液口9和第三进液口16 一一对应且连通，第二固定板35上设置的第七出液口28与第一出液口11和第五出液口21一一对应且连通，通过第一固定板34和第二固定板35上设置的螺栓孔，将第一固定板34和第二固定板35夹紧固定，便形成了阴极室，分离单元室，阳极室。通过第一固定板34上设置的第七进液口28，可将各物料加入第一软水室2，原料室3，第二软水室4和盐室5中，不同的物料选择不同的进液口。通过第二固定板35上设置的第七出液口28，可将第一软水室 2，原料室3，第二软水室4和盐室5中处理之后的溶液抽出，不同物料选择不同的出料口。

作为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的一种具体实施方式，第一固定板34与第二固定板35的宽度大于阴极隔板1a、阳极隔板2a 以及各分离隔板的宽度，第一螺栓孔26和第二螺栓孔34设置于第一固定板 34与第二固定板35的两侧，可每侧各设置三个螺栓孔，也根据实际情况使装置固定夹紧为准设置更多的螺栓孔。

作为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的一种具体实施方式，第一固定板34上设置的第七进液口28和第二固定板35上设置的第七出液口28通过不同的管路与物料输送泵连接，用于向各个隔室通入相应的物料以及将各个隔室的物料输出。

作为本实用新型提供的从含磷灰渣浸取液中分离磷的装置的一种具体实施方式，第一固定板34和第二固定板35可选聚四氟乙烯材质。

进一步的，所述阳离子交换膜为聚乙烯均相磺酸型离子交换膜；所述阴离子交换膜为聚乙烯均相季胺型离子交换膜。

优选的离子交换膜具有磷酸根离子透过选择性高，膜电阻小，能耗低，耐受性强，抗污染，使用寿命长等优点。

进一步的，所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜的厚度为 0.15～0.3mm。

所选的阴离子交换膜和阳离子交换膜的厚度可以提高离子迁移和扩散的速度，提高分离效率。

进一步的，所述隔板和筛网的厚度为2～5mm。

所选的筛网的厚度有利于溶液分布均匀，优选的隔板厚度可以减少离子的迁移距离，提高分离效率以及分离效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。