本发明属于尿液回收，涉及一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收系统和方法。
背景技术：
1、全球粮食短缺问题突显了农业对不可再生资源(如磷、钾矿石以及低成本氮源)的高度依赖，这种依赖直接影响了农业作物的产量和质量。钾肥进口的依赖和市场价格的波动进一步强调了稳定化肥供应对国家粮食安全的重要性。尽管尿液仅占污水排放量的1％，它却贡献了80％的氮、50％的磷以及大量的钾。据报道，全球每年通过尿液排放的氮超过3000万吨，造成了资源的极大浪费。因此，从尿液中回收营养元素，不仅可以减轻污水处理厂的处理负荷，减少水体富营养化问题，还能减少运输及处理过程中氮元素气化产生的刺激性气体对环境的污染，从而实现经济和环境的双重效益。
2、然而，尿液的分散性要求其处理技术具备灵活、可扩展且高效的特点。由于新鲜尿液水质波动较大，单一技术难以实现其中氮、磷、钾等全部营养元素的全面回收。此外，从源分离尿液中回收营养元素还面临着高投入成本和产物纯度不高的挑战。为此，开发高效、经济且环保的尿液处理和资源回收技术显得尤为迫切和重要。
3、现有专利cn113023817b授权了一种用于尿液原位资源回收的反应器、系统及方法。该方案首先将尿液进行初步收集，随后进入主体的过滤装置，去除其中的悬浮物和杂质，其出水进入吸附反应器，利用填料对尿液中氮磷钾进行吸附回收，其填料则定期的更换和再生。该方案的缺点如下：i、过滤装置的堵塞风险：滤板可能会因为尿液中的固体杂质或沉淀物而堵塞；ii、填料再生液的二次污染：用于填料再生的淋洗液可能成为一股新的污染废水，造成环境二次污染；iii、填料更换和处理复杂：反应器主体内的填料需要定期更换或再生，这增加了操作的复杂性和维护成本；iv、氮磷钾回收率有限：无法对尿液中的氮磷钾进行高效率的回收，造成了尿液的部分资源的浪费。
4、另有专利cn114804472b授权了一种源分离尿液稳定化及资源全回收方法。该方法将收集的尿液引入加药单元与过硫酸钾混合，在50～70℃下反应，以抑制尿素分解并降解有机物、病原微生物和残留药物，得到稳定化尿液。随后，进负压蒸发单元进行浓缩得到高浓度的液态肥料。蒸发单元的冷凝水则作为冲厕水再利用。该方案的缺点如下：i、反应温度要求高：该方法需要在高温下进行尿液与过硫酸钾的混合反应，这会增加能源消耗，导致运行成本较高；ii、加药成本高：使用过硫酸钾作为主要化学试剂会导致加药成本高昂；iii、设备复杂性和维护难度：设备结构复杂，需要精确控制和定期维护。这增加了操作难度和维护成本，可能需要专业人员进行操作和维护；iv、腐蚀问题：蒸发过程中的管壁面临尿液中物质结垢或腐蚀的影响。
5、因此，需要进一步研究能够解决上述各种问题的尿液回收装置。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收系统；本发明的目的之二在于提供一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收方法。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、1.一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收系统，所述回收系统包括如下装置：尿液原位收集装置1、极液罐2、酸收集罐3、料液罐4、密闭碱收集罐5、中空纤维膜装置6、密闭液态肥收集罐7、液态肥复配罐8、双极膜电渗析装置9和增压泵10；
4、其中所述尿液原位收集装置1、料液罐4和双极膜电渗析装置9依次通过管道相连；所述料液罐4与酸收集罐3、极液罐2、密闭碱收集罐5分别通过耐酸碱的管道与双极膜电渗析装置9相连；
5、所述双极膜电渗析装置9中包括四个腔室，每个腔室分别与极液罐2、酸收集罐3、料液罐4、密闭碱收集罐5相连；
6、所述中空纤维膜装置6插入密闭碱收集罐5内部，所述中空纤维膜装置6的两端与所述密闭碱收集罐5的两个密封接口内侧连接，其中一个密闭接口外侧连接增压泵10，所述增压泵10的另一端与密闭液态肥收集罐7的第一个密封口外侧相连，密闭液态肥收集罐7中第一个密封口内侧插入罐内硫酸液面以下；
7、所述中空纤维膜装置6的另一端的密封口外侧通过管道直接与密闭液态肥收集罐7的另一密封口外侧连接，这一密闭液态肥收集罐7中第二个密封口内侧管道在硫酸液面以上。
8、优选的，所述密闭碱收集罐5和密闭液态肥收集罐7中的硫酸溶液通过连接管道循环，所述密闭碱收集罐5有三个密封接口，所述密闭液态肥收集罐7有两个密封接口，其中所述密闭液态肥收集罐7的第一个密封接口内侧插入所述密闭液态肥收集罐7中硫酸液面下，所述密闭液态肥收集罐7的第二个密封接口内侧管道在硫酸液面以上，所述密闭液态肥收集罐7的第一个密封接口对应的外侧管道与增压泵10相连后继续依次与密闭碱收集罐5的第一个密封接口外侧、中空纤维膜装置6、密闭碱收集罐5的第二个密封接口内侧、密闭液态肥收集罐7的第二个密封接口外侧相连，所述密闭碱收集罐5得第三个密封接口与双极膜电渗析装置9连接；
9、所述极液罐2、酸收集罐3、料液罐4均为非密闭装置，所述极液罐2、酸收集罐3、料液罐4、密闭碱收集罐5的底部出口均分别与增压泵10和双极膜电渗析装置9相连。
10、优选的，所述双极膜电渗析装置9中含有若干对的膜对，每一个膜对包括一张双极膜、一张阴离子交换膜和一张阳离子交换膜；
11、所述阳离子交换膜为单价阳离子交换膜。
12、优选的，所述双极膜电渗析装置9的恒定电压为膜对数的2.5～3.5倍(11～20v)。
13、优选的，所述极液罐2中的溶液采用3～5wt.％的naoh溶液。
14、优选的，所述双极膜电渗析装置9中各个腔室和对应连接管道的流速相同，所述流速为0.1～0.4l/min。
15、优选的，所述中空纤维膜装置6无需外部装置，直接集成至密闭碱收集罐5中。
16、优选的，所述回收系统中尿液脱盐率≥90％后自动断电，所述回收系统的通电处理时间为40～60min。
17、优选的，所述酸收集罐3和密闭碱收集罐5由增压泵10泵入与料液罐4中引入的尿液等体积的水。
18、2.一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收方法，所述回收方法采用上述回收装置进行，具体包括如下步骤：
19、(1)新鲜的源分离尿液经尿液原位收集装置1的出水流入料液罐4中；
20、(2)开启增压泵10将料液罐4中源分离尿液泵入双极膜电渗析装置9中，通电进行尿液中营养元素的选择性分离；
21、(3)部分hnpo4(3-n)-及其他尿液中含有的阴离子被电迁移至酸收集罐3后与双极膜14产生的h+结合生成相应的酸，尿液中含有的阳离子(nh4+、k+等)则电迁移至密闭碱收集罐5后与双极膜14产生的oh-生成相应的碱，同时nh4+在密闭碱收集罐5中相变成气态nh3透过中空纤维膜装置6被其内腔由密闭液态肥收集罐7泵入的h2so4吸收，其中n为0、1或2；
22、(4)脱盐率检测器11数值在90％左右停止通电；
23、(5)料液罐4中的出水进入液态肥复配罐8对其进行肥料元素的复配，生成高值液态肥，酸收集罐3、密闭碱收集罐5和密闭液态肥收集罐7则流出相应的产物即可完成1个批次的源分离尿液原位资源全面回收。
24、本发明的有益效果在于：
25、1、本发明公开了一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收系统，该系统主要包括尿液原位收集装置1、极液罐2、酸收集罐3、料液罐4、密闭碱收集罐5、中空纤维膜装置6、密闭液态肥收集罐7、液态肥复配罐8、双极膜电渗析装置9和增压泵10。本发明通过集成双极膜电渗析装置的双极膜电渗析与中空纤维膜装置的中空纤维膜系统，从而实现尿液中氮、磷、钾等主要营养元素的多腔室选择性回收和高值化转化，达到了源分离尿液的原位资源全面回收及零排放目标。此外，本发明还利用脱盐率检测器11实时监测系统的运行状态，通过动态调节增压泵10的流速以及双极膜电渗析装置中施加的电压，有效降低能耗，实现源分离尿液现场处理的智能化控制和优化管理。本发明的系统提高了资源利用效率，减少了环境污染，提供了一种可持续的农业肥料及酸碱产物的解决方案。
26、2、本发明还公开了一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收的方法，该方法主要采用上述系统进行处理，本发明的方法具有以下优点：i、灵活性与可拓展性：本发明采用的处理工艺具有灵活、可拓展和高效的特点，适用于尿液的分布式处理；ii、原位处理减少污染：本发明的处理工艺能够实现尿液的原位处理，降低尿液废水在运输和保存过程中对环境造成的二次污染；iii、全面营养回收及高值产物产出：本发明的处理技术能够对尿液中的氮、磷、钾等营养元素进行选择性且全面的回收，生产出高价值的酸、碱和液态肥，从而有效利用尿液资源，减少环境污染并提升经济效益；iv、零排放处理：本发明的处理技术实现了尿液的零排放处理，减少了后续污水处理厂的处理负荷，突破了尿液处理的瓶颈问题，具有广阔的应用前景。
27、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收系统，其特征在于，所述回收系统包括如下装置：尿液原位收集装置(1)、极液罐(2)、酸收集罐(3)、料液罐(4)、密闭碱收集罐(5)、中空纤维膜装置(6)、密闭液态肥收集罐(7)、液态肥复配罐(8)、双极膜电渗析装置(9)和增压泵(10)；
2.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述密闭碱收集罐(5)和密闭液态肥收集罐(7)中的硫酸溶液通过连接管道循环，所述密闭碱收集罐(5)有三个密封接口，所述密闭液态肥收集罐(7)有两个密封接口，其中所述密闭液态肥收集罐(7)的第一个密封接口内侧插入所述密闭液态肥收集罐(7)中硫酸液面下，所述密闭液态肥收集罐(7)的第二个密封接口内侧管道在硫酸液面以上，所述密闭液态肥收集罐(7)的第一个密封接口对应的外侧管道与增压泵(10)相连后继续依次与密闭碱收集罐(5)的第一个密封接口外侧、中空纤维膜装置(6)、密闭碱收集罐(5)的第二个密封接口内侧、密闭液态肥收集罐(7)的第二个密封接口外侧相连，所述密闭碱收集罐(5)得第三个密封接口与双极膜电渗析装置(9)连接；
3.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述双极膜电渗析装置(9)中含有若干对的膜对，每一个膜对包括一张双极膜、一张阴离子交换膜和一张阳离子交换膜；
4.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述双极膜电渗析装置(9)的恒定电压为膜对数的2.5～3.5倍。
5.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述极液罐(2)中的溶液采用3～5wt.％的naoh溶液。
6.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述双极膜电渗析装置(9)中各个腔室和对应连接管道的流速相同，所述流速为0.1～0.4l/min。
7.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述中空纤维膜装置(6)无需外部装置，直接集成至密闭碱收集罐(5)中。
8.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述回收系统中尿液脱盐率≥90％后自动断电，所述回收系统的通电处理时间为40～60min。
9.根据权利要求1所述的回收系统，其特征在于，所述酸收集罐(3)和密闭碱收集罐(5)由增压泵(10)泵入与料液罐(4)中引入的尿液等体积的水。
10.一种基于电化学膜分离的源分离尿液原位资源全面回收方法，其特征在于，所述回收方法采用权利要求1～9任一项所述的回收装置进行，具体包括如下步骤：
