專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)生物脫氮主要通過(guò)硝化與反硝化兩個(gè)途徑共同完成，硝化階段主要依靠自養(yǎng)氨氧化菌以及自養(yǎng)亞硝酸鹽氧化菌在好氧條件下以氧氣作為電子受體來(lái)完成，廢水中有機(jī)碳含量較高會(huì)抑制生長(zhǎng)速率慢的自養(yǎng)菌生長(zhǎng)與繁殖。反硝化階段亞硝酸鹽與硝酸鹽主要依靠異養(yǎng)菌在缺氧環(huán)境中以有機(jī)碳提供電子來(lái)完成。由于硝化與反硝化過(guò)程在微生物、氧氣以及有機(jī)碳的需求存在顯著差異，使得這兩個(gè)途徑在廢水處理過(guò)程中難于協(xié)調(diào)。常規(guī)污水處理典型脫氮工藝-前置反硝化脫氮(A/0)工藝中，好氧段主要發(fā)生有機(jī)碳的氧化與氨氮的氧化過(guò)程，氨氮主要在有機(jī)碳消耗后進(jìn)行氧化，廢水中形成的亞硝酸鹽或硝酸鹽由于缺乏有機(jī)碳，硝化液需要通過(guò)高比例的回流到前置反硝化段，由進(jìn)水中提供的有機(jī)碳源進(jìn)行反硝化脫氮。除非在處理工藝末端投加有機(jī)碳源(如甲醇)進(jìn)行后置反硝化，一般污水難于實(shí)現(xiàn)完全脫氮，而且脫氮過(guò)程操作復(fù)雜、成本很高。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及民生生活過(guò)程中， 還有大量低C/N比氨氮廢水產(chǎn)生，如合成氨、純堿、農(nóng)藥、有色金屬等行業(yè)排放的氨氮廢水， 垃圾滲濾液、污水處理剩余污泥消化液和脫水液、畜禽養(yǎng)殖沼氣發(fā)酵廢液等也由于缺乏有機(jī)碳源難于脫氮。早在上世紀(jì)九十年代，荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)已開(kāi)發(fā)出不需有機(jī)碳源的厭氧氨氧化工藝(ΑΝΑΜΜ0Χ 工藝，Anaerobic Ammonium Oxidation), Graaf Α. Α.報(bào)道了利用自養(yǎng)厭氧氨氧化菌取得了氨和亞硝酸鹽的高去除率(AEM，1995，61 =1246-1250) 0厭氧氨氧化的基本反應(yīng)式5NH4++3N(V — 4Ν2+9Η20+2Η+ Δ G = 一 297kJ/molNH4+ ；除了 NOf 夕卜，NOf 同樣可作為 NH4+氧化的電子受體。根據(jù)厭氧氨氧化工藝同時(shí)發(fā)生NH4+氧化與N02_還原的特點(diǎn)，歐洲專(zhuān)利(EP98202500)公開(kāi)了利用短程硝化與厭氧氨氧化相結(jié)合的組合工藝。(SHAR0N-ANAMM0X 工藝)，即利用短程硝化控制出水NO2-與NH4+為1 1，然后進(jìn)行厭氧氨氧化。但由于短程硝化涉及溶解氧、氨氮與亞硝酸鹽濃度等控制難度較大，此外，由于厭氧氨氧化微生物是一類(lèi)生長(zhǎng)與繁殖及其緩慢的浮霉?fàn)罹?Planctomycetales)細(xì)菌，倍增時(shí)間長(zhǎng)達(dá)11天。其生長(zhǎng)還受到溶解氧、有機(jī)碳以及氨與亞硝酸鹽濃度的影響，工藝啟動(dòng)、運(yùn)行較為困難。目前， 除了荷蘭鹿特丹成功啟動(dòng)了 70m3消化污泥脫水液厭氧氨氧化脫氮工程外(WaterResearch， 2007，41，4149-416；3)，國(guó)際上對(duì)厭氧氨氧化技術(shù)的研究大多限于實(shí)驗(yàn)室小試規(guī)模，即便是荷蘭鹿特丹滿負(fù)荷脫氮裝置的應(yīng)用，其啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3年半。高效、低耗污水生物脫氮仍然是當(dāng)前國(guó)際水處理研究領(lǐng)域的主要熱點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是大量低C/N氨氮廢水，仍然缺乏適宜工程化脫氮應(yīng)用的可行處理工藝與裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服低C/N比氨氮廢水脫氮面臨的有機(jī)碳嚴(yán)重不足，厭氧氨氧化工藝(ΑΝΑΜΜ0Χ)微生物菌群難于生長(zhǎng)、繁殖以及工藝運(yùn)行難于控制的技術(shù)問(wèn)題，利用傳統(tǒng)氨氧化菌以及反硝化菌，通過(guò)生物電化學(xué)途徑，發(fā)明將氨氧化與反硝化還原進(jìn)行偶聯(lián)，以達(dá)到不需有機(jī)碳完全脫氮的目的。本發(fā)明提供一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，包括廢水集水池、好氧氨氧化反應(yīng)器、 偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器。所述偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器包括氨厭氧氧化室和反硝化室，兩室間由電導(dǎo)體隔墻分隔，兩室內(nèi)均填充導(dǎo)電材料供菌體附著生長(zhǎng)。廢水集水池2通過(guò)進(jìn)水泵9與好氧氨氧化反應(yīng)器3連接，該反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣頭11 ；好氧氨氧化反應(yīng)器3通過(guò)出水管與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的反硝化室5連通；廢水集水池 2還通過(guò)進(jìn)水泵10與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的氨厭氧氧化室4連接，該氨厭氧氧化室出水管與反硝化室5連通。氨厭氧氧化室與反硝化室間用電導(dǎo)體隔墻6分隔，氨厭氧氧化室內(nèi)填充導(dǎo)電材料7與電導(dǎo)體隔墻連接，反硝化室內(nèi)填充導(dǎo)電材料8與電導(dǎo)體隔墻連接。本發(fā)明所述一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置中所述氨厭氧氧化室與反硝化室間的電導(dǎo)體是金屬或石墨等碳素材料或?qū)щ娞沾?、?dǎo)電混凝土。電導(dǎo)體表面還可噴涂石墨等碳素材料或聚苯胺等高分子材料。本發(fā)明所述一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置中氨厭氧氧化室與反硝化室內(nèi)填充導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料與兩室間電導(dǎo)體緊密相連。所述導(dǎo)電材料包括但不限于碳?xì)?、碳布、活性炭、碳紙等碳素材料或鐵、銅、鋁絲網(wǎng)等金屬導(dǎo)電材料。所述氨厭氧氧化室和反硝化室可以是圓柱形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)。圓柱形結(jié)構(gòu)最好設(shè)置成由外筒和內(nèi)筒共同組成，內(nèi)筒是氨厭氧氧化室，外筒是反硝化室；或外筒是氨厭氧氧化室，內(nèi)筒是反硝化室。矩形結(jié)構(gòu)最好設(shè)計(jì)成左右兩室。氨厭氧氧化室與反硝化室間均采用電導(dǎo)體分隔。所述氨厭氧氧化室與反硝化室之間可以設(shè)質(zhì)子通道、也可不設(shè)質(zhì)子通道。質(zhì)子通道由質(zhì)子交換膜、陽(yáng)離子交換膜等膜材料組成或采用其他固體電解質(zhì)。本發(fā)明提供的一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法，主要利用生物電化學(xué)途徑，通過(guò)電子傳遞把氨氧化與亞硝酸鹽或硝酸鹽反硝化進(jìn)行偶聯(lián)。好氧氨氧化反應(yīng)器中氨氧化菌群氧化氨氮為亞硝酸鹽或硝酸鹽后進(jìn)入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器反硝化室；氨厭氧氧化室氨氧化產(chǎn)生的電子通過(guò)其中填充的導(dǎo)電材料傳遞到反硝化室，反硝化室中反硝化菌群接收氨氧化產(chǎn)生的電子利用硝酸鹽或亞硝酸鹽進(jìn)行反硝化脫氮。本發(fā)明提供的生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法包括以下四個(gè)步驟(1)裝置構(gòu)建分別制作好氧氨氧化反應(yīng)器、偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器，偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的氨厭氧氧化室與反硝化室之間由電導(dǎo)體隔墻分隔。分別在氨厭氧氧化室和反硝化室內(nèi)填充碳?xì)帧⒒钚蕴炕蚪饘俳z網(wǎng)等導(dǎo)電材料，供菌體附著生長(zhǎng)。(2)好氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)氨氮廢水充入好氧氨氧化反應(yīng)器，并在反應(yīng)器中接入污水處理廠曝氣池中含有氨氧化菌群的活性污泥，啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行氨氧化反應(yīng)，培養(yǎng)期間通過(guò)換水補(bǔ)充新鮮氨氮廢水，當(dāng)氨氧化負(fù)荷達(dá)到0. Ikg NH3/m3. d后，氨氧化啟動(dòng)完成。(3)偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動(dòng)
氨氧化室充入氨氮廢水，并接入污水處理廠含有氨氧化菌群的活性污泥后，先曝氣對(duì)氨氧化菌群進(jìn)行掛膜培養(yǎng)，培養(yǎng)期間通過(guò)換水補(bǔ)充新鮮氨氮廢水，待氨氧化負(fù)荷達(dá)到 0. IkgNH3Ai3. d后，氨氧化室導(dǎo)電材料上形成穩(wěn)定的氨氧化菌群，氨氧化啟動(dòng)完成。反硝化室中充入氨氧化生成的硝化液，并接入污水處理廠含有反硝化菌群的活性污泥進(jìn)行缺氧掛膜培養(yǎng)。培養(yǎng)期間多次換水補(bǔ)充新鮮硝化液，待反硝化室反硝化負(fù)荷達(dá)到0. 2kg NH3/m3. d后， 反硝化啟動(dòng)完成。(4)好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行反應(yīng)器啟動(dòng)結(jié)束后，偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中的氨氧化室與反硝化室均轉(zhuǎn)為厭氧運(yùn)行。 氨氮廢水從調(diào)節(jié)池經(jīng)連接管道部分輸入好氧氨氧化反應(yīng)器進(jìn)行好氧氨氧化反應(yīng)，氧化后的硝化液進(jìn)入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的反硝化室。另外部分氨氮廢水經(jīng)連接管道輸入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器氨厭氧氧化室中，通過(guò)導(dǎo)電材料上附著的氨氧化菌氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，并同時(shí)產(chǎn)生電子，電子通過(guò)填充的導(dǎo)電材料和兩室間的電導(dǎo)體傳遞至反硝化室，經(jīng)厭氧氨氧化后的硝化液經(jīng)連接管道進(jìn)入反硝化室，反硝化室中附著在導(dǎo)電材料的反硝化細(xì)菌得到電子把硝化液中的亞硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮?dú)?，達(dá)到偶聯(lián)脫氮的目的，處理后的廢水最后經(jīng)出水口連續(xù)流出，工藝維持穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明提供的一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法，其好氧氨氧化反應(yīng)器以及偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中氨厭氧氧化室中生長(zhǎng)的微生物菌群包括但不限于硝化菌群，如亞硝化單胞菌屬、 亞硝化球菌屬、亞硝化螺菌屬和亞硝化葉菌屬、硝化桿菌屬、硝化螺菌屬中的細(xì)菌等的一種或以上種類(lèi)的任意組合。所述偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器反硝化室的反硝化菌群包括但不限于假單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、脫氮副球菌屬以及具有反硝化功能的自養(yǎng)硝化菌群等中的一種或以上種類(lèi)的任意組合。所述偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中厭氧氨氧化反應(yīng)與反硝化脫氮反應(yīng)均在厭氧條件下完成。所述廢水氨氮含量為20mg/L-2000mg/L。廢水中有機(jī)物濃度與氨氮比例為C0D/N 0-3。與傳統(tǒng)脫氮工藝以及短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用生物電化學(xué)途徑，通過(guò)氨厭氧氧化室與反硝化室的偶聯(lián)，把氨厭氧氧化產(chǎn)生的電子直接用于亞硝酸鹽或硝酸鹽還原，脫氮過(guò)程不需有機(jī)碳源，僅此可節(jié)省脫氮成本 50% ；(2)好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器操作運(yùn)行簡(jiǎn)單，對(duì)有機(jī)碳、DO以及氨氮濃度的容許范圍寬，條件容易控制，能耗比傳統(tǒng)脫氮工藝節(jié)省50 %。(3)本發(fā)明中微生物菌群均為常見(jiàn)的混合硝化菌群和反硝化菌群，與厭氧氨氧化工藝特有的浮霉?fàn)钅课⑸锵啾?，在工程?yīng)用領(lǐng)域，這些微生物生長(zhǎng)繁殖速率快，生物調(diào)控手段成熟，工程啟動(dòng)時(shí)間短。本發(fā)明提供的一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法可廣泛應(yīng)用于污水處理廠污泥消化脫水液，垃圾滲濾液、畜禽養(yǎng)殖沼氣發(fā)酵液、合成氨廢水、純堿廢水、農(nóng)藥廢水等各類(lèi)低碳氮比氨氮廢水的生物脫氮。


圖1為生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法流程圖；圖2為無(wú)質(zhì)子通道圓柱形偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器示意圖；圖3為設(shè)置質(zhì)子通道矩形偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器示意圖；其中，1為進(jìn)水口，2為廢水集水池，3為好氧氨氧化反應(yīng)器，4為氨厭氧氧化室，5為反硝化室，6為電導(dǎo)體隔墻，7為氨氧化室填充的導(dǎo)電材料，8為反硝化室填充的導(dǎo)電材料9、 10為水泵，11為曝氣器，12為出水口，13為質(zhì)子通道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1垃圾滲濾液處理(1)裝置的構(gòu)建本實(shí)施例構(gòu)建的生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法如圖1所示，主要包括廢水集水池2、好氧氨氧化反應(yīng)器3、偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器(包括氨厭氧氧化室4和反硝化室5)，廢水集水池2通過(guò)進(jìn)水泵9與好氧氨氧化反應(yīng)器3連接，該反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣頭；好氧氨氧化反應(yīng)器通過(guò)出水管與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的反硝化室5連通；廢水集水池2還通過(guò)進(jìn)水泵10與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的氨厭氧氧化室4連接，該氨厭氧氧化室出水管與反硝化室5連通。氨厭氧氧化室與反硝化室間用電導(dǎo)體隔墻6分隔，氨厭氧氧化室內(nèi)填充導(dǎo)電材料7與電導(dǎo)體隔墻連接，反硝化室內(nèi)填充導(dǎo)電材料8與電導(dǎo)體隔墻連接。好氧氨氧化反應(yīng)器3由高150mm、直徑76mm、壁厚Imm的圓柱形不銹鋼管制成，總?cè)莘e640ml，裝液容積為500mL。本實(shí)施例的偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器為圓柱形結(jié)構(gòu)，如圖2所示， 主體包括氨厭氧氧化室4、反硝化室5、氨氧化菌載體為碳?xì)?和反硝化菌載體為碳?xì)?四個(gè)部分。氨厭氧氧化室由高400mm、外徑50mm、壁厚0.5mm的圓柱形不銹鋼管制成，總?cè)莘e740ml，緊貼氨氧化室4內(nèi)壁圍繞一圈面積為160X330mm2的導(dǎo)電碳?xì)植牧?比表面積約3000m2/g)，以供氨氧化菌附著生長(zhǎng)。反硝化室由高400mm、直徑76mm、壁厚Imm的圓柱形不銹鋼管制得，扣除氨厭氧氧化室內(nèi)筒容積，反硝化室總?cè)莘e為800ml。氨氧化室與反硝化室之間并緊貼氨氧化室外壁圍繞一圈面積為160X350mm2的導(dǎo)電碳?xì)植牧?比表面積約 3000m2/g)，以供反硝化菌附著生長(zhǎng)。扣除碳?xì)痔畛涞目障?，兩室的有效容積均為500mL。(2)裝置的啟動(dòng)本實(shí)施例裝置的啟動(dòng)包括好氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的啟動(dòng)。垃圾滲濾液氨氮濃度在1000-1500mg/L之間，COD在2000_2500mg/L之間，其中有機(jī)碳大多數(shù)為難降解或不可降解的腐植酸類(lèi)物質(zhì)，裝置脫氮實(shí)驗(yàn)廢水為滲濾液經(jīng)稀釋后的廢水，濃度在 100-150mg/L 之間，COD 在 200_250mg/L 之間。好氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)500mL含氮100_150mg/L的氨氮廢水充入好氧氨氧化反應(yīng)器3，并在反應(yīng)器中接入污水處理廠曝氣池中具有氨氧化活性的活性污泥，啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行氨氧化反應(yīng)，培養(yǎng)期間通過(guò)換水補(bǔ)充新鮮氨氮廢水，當(dāng)氨氧化負(fù)荷達(dá)到0. Ikg NH3/m3. d 后，氨氧化啟動(dòng)完成。偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動(dòng)氨厭氧氧化室4充入500mL含氮100_150mg/L的氨氮廢水， 并接入污水處理廠具有氨氧化活性的活性污泥后，先曝氣對(duì)氨氧化菌群進(jìn)行掛膜培養(yǎng)，培養(yǎng)期間通過(guò)換水補(bǔ)充新鮮氨氮廢水，待氨氧化負(fù)荷達(dá)到0. Ikg NH3/m3. d后，氨氧化室4導(dǎo)電材料上形成穩(wěn)定的氨氧化菌群，氨氧化啟動(dòng)完成。反硝化室5中充入氨氧化生成的硝化液， 并接入污水處理廠具有反硝化活性的活性污泥進(jìn)行缺氧掛膜培養(yǎng)。培養(yǎng)期間多次換水補(bǔ)充新鮮硝化液，待反硝化室反硝化負(fù)荷達(dá)到0. 2kg NH3/m3. d后，反硝化室導(dǎo)電材料上形成穩(wěn)定的反硝化菌群，反硝化啟動(dòng)完成。(3)裝置的連續(xù)運(yùn)行裝置啟動(dòng)結(jié)束后，偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中的氨厭氧氧化室4與反硝化室5均轉(zhuǎn)為厭氧運(yùn)行。含氮100-150mg/L的垃圾滲濾液從集水池2經(jīng)連接管道部分輸入好氧氨氧化反應(yīng)器 3進(jìn)行好氧氨氧化反應(yīng)，氧化后的硝化液經(jīng)連接管道從進(jìn)水口輸入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的反硝化室5。另外部分氨氮廢水從集水池2經(jīng)連接管道進(jìn)入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器氨氧化室4中，通過(guò)導(dǎo)電材料上附著的氨氧化菌氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，并同時(shí)產(chǎn)生電子，電子通過(guò)兩室中填充的導(dǎo)電材料和兩室間的導(dǎo)體傳遞至反硝化室5，厭氧氨氧化后的硝化液由出水管經(jīng)連接管道流入反硝化室5，反硝化室5中附著在導(dǎo)電材料的反硝化細(xì)菌得到電子把硝化液中的亞硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮?dú)?，達(dá)到偶聯(lián)脫氮的目的，處理后的溶液最后經(jīng)出水口連續(xù)流出，工藝維持穩(wěn)定運(yùn)行65天。分別檢測(cè)好氧氨氧化反應(yīng)器出水口、氨厭氧氧化室出水口和反硝化室出水口中出水的NH4+-N、NO2--N, NO3--N含量，以及總出水的COD含量。結(jié)果顯示好氧氨氧化反應(yīng)器出水 口 NH/-N < lmg/L, NCV-N 為 76_105mg/L，NO3^N 為 18_40mg/L ；氨氧化室出水 NH4+_N 為 8-15mg/L, NO2--N為55_80mg/L，沒(méi)有檢測(cè)到NOf-N ；反硝化室出水中NH4+_N和NOf-N均小于5mg/L，未檢測(cè)到NO3--N總脫氮效率大于90 %，氨氧化平均負(fù)荷為0. 48kgNH3/m3. d，總氮去除負(fù)荷 0. 45kgNH3/m3. d,總出水 COD 為 150_200mg/L。實(shí)施例2污泥脫水液處理本實(shí)施例構(gòu)建的生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法同實(shí)施例1基本相同。不同的是偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，如圖3所示，主體包括氨厭氧氧化室4、反硝化室5、電導(dǎo)體隔膜6， 氨厭氧氧化室填充材料7、反硝化室填充材料8、質(zhì)子通道陽(yáng)離子交換膜13六個(gè)部分。一個(gè)尺寸為L(zhǎng)XBXH = 200mmX110mmX80mm的有機(jī)玻璃容器中固定不銹鋼板6(LXB = IlOmmX 80mm)，將其等分為氨厭氧氧化室和反硝化室，不銹鋼板6上有一 30 X 30mm2孔，利用環(huán)氧樹(shù)脂在孔上粘35X35mm2陽(yáng)離子交換膜，作為質(zhì)子通道。氨厭氧氧化室內(nèi)填充氨氧化菌載體導(dǎo)電材料與反硝化室內(nèi)填充反硝化菌載體導(dǎo)電材料均為碳顆粒(直徑< 5mm，容重約689. 4kg/m3，空隙占60% )，確保碳顆粒導(dǎo)電材料與不銹鋼導(dǎo)體緊密接觸。兩室裝液體積均為500mL。裝置的啟動(dòng)與運(yùn)行同實(shí)施例1基本相同，不同的是該實(shí)施例處理的對(duì)象為含氨氮 105-130mg/L, C0D30-70mg/L的污水處理廠污泥脫水液。分別檢測(cè)好氧氨氧化反應(yīng)器出水口、氨厭氧氧化室出水口和反硝化室出水口中出水的NH4+-N、N02--N、NO3--N含量，以及總出水的COD含量。結(jié)果顯示好氧氨氧化反應(yīng)器出水口 NH4+-N < lmg/L, NO2^-N 為 82_95mg/L，NOf-N 為 15_30mg/L ；氨厭氧氧化室出水 NH4+_N 為 6-10mg/L, NO2--N為45_70mg/L，沒(méi)有檢測(cè)到NOf-N ；反硝化室出水中NH4+_N和NOf-N均小于5mg/L，NO3--N小于lmg/L，總脫氮效率大于90%，氨氧化平均負(fù)荷為0. 40kgNH3/m3. d，總氮去除負(fù)荷 0. 38kgNH3/m3. d?？偝鏊?COD 為 16-34mg/L0
權(quán)利要求
1.一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，其特征在于包括廢水集水池、好氧氨氧化反應(yīng)器、 偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器；偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器由氨厭氧氧化室與反硝化室組成，兩室之間由電導(dǎo)體隔墻分隔，兩室內(nèi)填充導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料與兩室間電導(dǎo)體連接；好氧氨氧化反應(yīng)器與氨厭氧氧化室分別通過(guò)管道與反硝化室連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，所述電導(dǎo)體是金屬或碳素材料或?qū)щ娞沾?、?dǎo)電混凝土 ；所述導(dǎo)電材料為碳素材料或金屬材料；碳素材料如碳?xì)只蛱疾蓟蚧钚蕴炕蛱技垺?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，其特征在于氨厭氧氧化室與反硝化室是圓柱形結(jié)構(gòu)，由外筒和內(nèi)筒共同組成，內(nèi)筒是氨厭氧氧化室，外筒是反硝化室；或外筒是氨厭氧氧化室，內(nèi)筒是反硝化室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，其特征在于氨厭氧氧化室和反硝化室還是矩形結(jié)構(gòu)，由電導(dǎo)體隔墻分隔為氨厭氧氧化室和反硝化室兩個(gè)部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，其特征在于氨厭氧氧化室與反硝化室之間設(shè)質(zhì)子通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置，其所述質(zhì)子通道由質(zhì)子交換膜、陽(yáng)離子交換膜組成、或采用固體電解質(zhì)組成。
7.—種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法，其特征是使用權(quán)利要求1所述的裝置，按照以下步驟操作處理(1)好氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)氨氮廢水充入好氧氨氧化反應(yīng)器，反應(yīng)器中接入污水處理廠曝氣池中具有氨氧化活性的活性污泥，啟動(dòng)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行氨氧化反應(yīng)，培養(yǎng)期間通過(guò)換水補(bǔ)充新鮮氨氮廢水，當(dāng)氨氧化負(fù)荷達(dá)到0. IkgNH3Ai3. d后，氨氧化啟動(dòng)完成；(2)偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動(dòng)氨厭氧氧化室充入氨氮廢水，接入污水處理廠具有氨氧化活性的活性污泥后，先曝氣對(duì)氨氧化菌群進(jìn)行掛膜培養(yǎng)，培養(yǎng)期間通過(guò)換水補(bǔ)充新鮮氨氮廢水，待氨氧化負(fù)荷達(dá)到 0. IkgNH3Ai3. d后，氨氧化啟動(dòng)完成。反硝化室中充入氨氧化生成的硝化液，并接入污水處理廠具有反硝化活性的活性污泥進(jìn)行缺氧掛膜培養(yǎng)。培養(yǎng)期間多次換水補(bǔ)充新鮮硝化液， 待反硝化室反硝化負(fù)荷達(dá)到0. 2kgNH3/m3. d后，反硝化啟動(dòng)完成；(3)好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行反應(yīng)器啟動(dòng)結(jié)束后，偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中的氨氧化室轉(zhuǎn)為厭氧運(yùn)行，氨氮廢水部分進(jìn)入好氧氨氧化反應(yīng)器進(jìn)行氨氧化，氧化后的硝化液進(jìn)入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的反硝化室。另外部分氨氮廢水進(jìn)入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器氨厭氧氧化室中，通過(guò)導(dǎo)電材料上附著的氨氧化菌氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，并同時(shí)產(chǎn)生電子，電子通過(guò)導(dǎo)電材料傳遞到反硝化室，經(jīng)厭氧氨氧化后的硝化液經(jīng)連接管道進(jìn)入反硝化室，反硝化室中附著在導(dǎo)電材料的反硝化細(xì)菌得到電子把硝化液中的亞硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)完全脫氮過(guò)程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法，其特征在于偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中的氨氧化和還原反應(yīng)都是在厭氧條件下完成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法，其特征是好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中氨厭氧氧化室的硝化細(xì)菌包括但不限于亞硝化單胞菌屬或/和亞硝化球菌屬或/和亞硝化螺菌屬和亞硝化葉菌屬或/和硝化桿菌屬或/和硝化螺菌屬，還原反應(yīng)室的反硝化細(xì)菌包括但不限于假單胞菌屬或/和產(chǎn)堿桿菌屬或/和芽孢桿菌屬或/和脫氮副球菌屬。
10.權(quán)利要求1、7所述生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法在低碳氮比氨氮廢水生物脫氮中的用途。
全文摘要
本發(fā)明屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮裝置和方法。本發(fā)明裝置包括廢水集水池、好氧氨氧化反應(yīng)器、偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器；偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器由氨厭氧氧化室與反硝化室組成，兩室之間由電導(dǎo)體隔墻分隔，兩室內(nèi)填充導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料與兩室間電導(dǎo)體連接；好氧氨氧化反應(yīng)器與氨厭氧氧化室分別通過(guò)管道與反硝化室連接。本發(fā)明生物電化學(xué)偶聯(lián)脫氮方法，包括構(gòu)建裝置、好氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)、偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動(dòng)、好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器聯(lián)動(dòng)運(yùn)行等步驟。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于低碳氮比氨氮廢水的生物脫氮，具有成本低廉、操作運(yùn)行簡(jiǎn)單、工程啟動(dòng)快、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102372393SQ20101025424
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者何曉紅, 占國(guó)強(qiáng), 張禮霞, 李大平, 陶勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所