專利名稱：一種生物電化學偶聯(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)生物脫氮主要通過硝化與反硝化兩個途徑共同完成，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完成，廢水中有機碳含量較高會抑制生長速率慢的自養(yǎng)菌生長與繁殖。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)境中以有機碳提供電子來完成。由于硝化與反硝化過程在微生物、氧氣以及有機碳的需求存在顯著差異，使得這兩個途徑在廢水處理過程中難于協(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)生有機碳的氧化與氨氮的氧化過程，氨氮主要在有機碳消耗后進行氧化，廢水中形成的亞硝酸鹽或硝酸鹽由于缺乏有機碳，硝化液需要通過高比例的回流到前置反硝化段，由進水中提供的有機碳源進行反硝化脫氮。除非在處理工藝末端投加有機碳源(如甲醇)進行后置反硝化，一般污水難于實現(xiàn)完全脫氮，而且脫氮過程操作復雜、成本很高。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及民生生活過程中， 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碳源難于脫氮。早在上世紀九十年代，荷蘭Delft技術(shù)大學已開發(fā)出不需有機碳源的厭氧氨氧化工藝(ΑΝΑΜΜ0Χ 工藝，Anaerobic Ammonium Oxidation), Graaf Α. Α.報道了利用自養(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發(fā)生NH4+氧化與N02_還原的特點，歐洲專利(EP98202500)公開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生長與繁殖及其緩慢的浮霉狀菌目(Planctomycetales)細菌，倍增時間長達11天。其生長還受到溶解氧、有機碳以及氨與亞硝酸鹽濃度的影響，工藝啟動、運行較為困難。目前， 除了荷蘭鹿特丹成功啟動了 70m3消化污泥脫水液厭氧氨氧化脫氮工程外(WaterResearch， 2007，41，4149-416；3)，國際上對厭氧氨氧化技術(shù)的研究大多限于實驗室小試規(guī)模，即便是荷蘭鹿特丹滿負荷脫氮裝置的應(yīng)用，其啟動時間長達3年半。高效、低耗污水生物脫氮仍然是當前國際水處理研究領(lǐng)域的主要熱點和難點，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)問題是克服低C/N比氨氮廢水脫氮面臨的有機碳嚴重不足，厭氧氨氧化工藝(ΑΝΑΜΜ0Χ)微生物菌群難于生長、繁殖以及工藝運行難于控制的技術(shù)問題，利用傳統(tǒng)氨氧化菌以及反硝化菌，通過生物電化學途徑，發(fā)明將氨氧化與反硝化還原進行偶聯(lián)，以達到不需有機碳完全脫氮的目的。本發(fā)明提供一種生物電化學偶聯(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，兩室間由電導體隔墻分隔，兩室內(nèi)均填充導電材料供菌體附著生長。廢水集水池2通過進水泵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還通過進水泵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體隔墻6分隔，氨厭氧氧化室內(nèi)填充導電材料7與電導體隔墻連接，反硝化室內(nèi)填充導電材料8與電導體隔墻連接。本發(fā)明所述一種生物電化學偶聯(lián)脫氮裝置中所述氨厭氧氧化室與反硝化室間的電導體是金屬或石墨等碳素材料或?qū)щ娞沾?、導電混凝土。電導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偶聯(lián)脫氮裝置中氨厭氧氧化室與反硝化室內(nèi)填充導電材料，導電材料與兩室間電導體緊密相連。所述導電材料包括但不限于碳氈、碳布、活性炭、碳紙等碳素材料或鐵、銅、鋁絲網(wǎng)等金屬導電材料。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)計成左右兩室。氨厭氧氧化室與反硝化室間均采用電導體分隔。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偶聯(lián)脫氮方法，主要利用生物電化學途徑，通過電子傳遞把氨氧化與亞硝酸鹽或硝酸鹽反硝化進行偶聯(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)生的電子通過其中填充的導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行反硝化脫氮。本發(fā)明提供的生物電化學偶聯(lián)脫氮方法包括以下四個步驟(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體隔墻分隔。分別在氨厭氧氧化室和反硝化室內(nèi)填充碳氈、活性炭或金屬絲網(wǎng)等導電材料，供菌體附著生長。(2)好氧氨氧化反應(yīng)器啟動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，啟動曝氣系統(tǒng)進行氨氧化反應(yīng)，培養(yǎng)期間通過換水補充新鮮氨氮廢水，當氨氧化負荷達到0. Ikg NH3/m3. d后，氨氧化啟動完成。(3)偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動
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，先曝氣對氨氧化菌群進行掛膜培養(yǎng)，培養(yǎng)期間通過換水補充新鮮氨氮廢水，待氨氧化負荷達到 0. IkgNH3Ai3. d后，氨氧化室導電材料上形成穩(wěn)定的氨氧化菌群，氨氧化啟動完成。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行缺氧掛膜培養(yǎng)。培養(yǎng)期間多次換水補充新鮮硝化液，待反硝化室反硝化負荷達到0. 2kg NH3/m3. d后， 反硝化啟動完成。(4)好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的聯(lián)動運行反應(yīng)器啟動結(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)器進行好氧氨氧化反應(yīng)，氧化后的硝化液進入偶聯(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，通過導電材料上附著的氨氧化菌氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，并同時產(chǎn)生電子，電子通過填充的導電材料和兩室間的電導體傳遞至反硝化室，經(jīng)厭氧氨氧化后的硝化液經(jīng)連接管道進入反硝化室，反硝化室中附著在導電材料的反硝化細菌得到電子把硝化液中的亞硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮氣，達到偶聯(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、硝化螺菌屬中的細菌等的一種或以上種類的任意組合。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(1)利用生物電化學途徑，通過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，脫氮過程不需有機碳源，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)器操作運行簡單，對有機碳、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狀目微生物相比，在工程應(yīng)用領(lǐng)域，這些微生物生長繁殖速率快，生物調(diào)控手段成熟，工程啟動時間短。本發(fā)明提供的一種生物電化學偶聯(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)藥廢水等各類低碳氮比氨氮廢水的生物脫氮。


圖1為生物電化學偶聯(lián)脫氮裝置和方法流程圖；圖2為無質(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為電導體隔墻，7為氨氧化室填充的導電材料，8為反硝化室填充的導電材料9、 10為水泵，11為曝氣器，12為出水口，13為質(zhì)子通道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例來進一步詳細說明本發(fā)明。實施例1垃圾滲濾液處理(1)裝置的構(gòu)建本實施例構(gòu)建的生物電化學偶聯(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通過進水泵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還通過進水泵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體隔墻6分隔，氨厭氧氧化室內(nèi)填充導電材料7與電導體隔墻連接，反硝化室內(nèi)填充導電材料8與電導體隔墻連接。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、氨氧化菌載體為碳氈7和反硝化菌載體為碳氈8四個部分。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的導電碳氈材料(比表面積約3000m2/g)，以供氨氧化菌附著生長。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的導電碳氈材料(比表面積約 3000m2/g)，以供反硝化菌附著生長。扣除碳氈填充的空隙，兩室的有效容積均為500mL。(2)裝置的啟動本實施例裝置的啟動包括好氧氨氧化反應(yīng)器的啟動與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的啟動。垃圾滲濾液氨氮濃度在1000-1500mg/L之間，COD在2000_2500mg/L之間，其中有機碳大多數(shù)為難降解或不可降解的腐植酸類物質(zhì)，裝置脫氮實驗廢水為滲濾液經(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，啟動曝氣系統(tǒng)進行氨氧化反應(yīng)，培養(yǎng)期間通過換水補充新鮮氨氮廢水，當氨氧化負荷達到0. Ikg NH3/m3. d 后，氨氧化啟動完成。偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動氨厭氧氧化室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，先曝氣對氨氧化菌群進行掛膜培養(yǎng)，培養(yǎng)期間通過換水補充新鮮氨氮廢水，待氨氧化負荷達到0. Ikg NH3/m3. d后，氨氧化室4導電材料上形成穩(wěn)定的氨氧化菌群，氨氧化啟動完成。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行缺氧掛膜培養(yǎng)。培養(yǎng)期間多次換水補充新鮮硝化液，待反硝化室反硝化負荷達到0. 2kg NH3/m3. d后，反硝化室導電材料上形成穩(wěn)定的反硝化菌群，反硝化啟動完成。(3)裝置的連續(xù)運行裝置啟動結(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進行好氧氨氧化反應(yīng)，氧化后的硝化液經(jīng)連接管道從進水口輸入偶聯(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)連接管道進入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器氨氧化室4中，通過導電材料上附著的氨氧化菌氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，并同時產(chǎn)生電子，電子通過兩室中填充的導電材料和兩室間的導體傳遞至反硝化室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中附著在導電材料的反硝化細菌得到電子把硝化液中的亞硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮氣，達到偶聯(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)定運行65天。分別檢測好氧氨氧化反應(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，沒有檢測到NOf-N ；反硝化室出水中NH4+_N和NOf-N均小于5mg/L，未檢測到NO3--N總脫氮效率大于90 %，氨氧化平均負荷為0. 48kgNH3/m3. d，總氮去除負荷 0. 45kgNH3/m3. d,總出水 COD 為 150_200mg/L。實施例2污泥脫水液處理本實施例構(gòu)建的生物電化學偶聯(lián)脫氮裝置和方法同實施例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)子通道陽離子交換膜13六個部分。一個尺寸為LXBXH = 200mmX110mmX80mm的有機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)氧樹脂在孔上粘35X35mm2陽離子交換膜，作為質(zhì)子通道。氨厭氧氧化室內(nèi)填充氨氧化菌載體導電材料與反硝化室內(nèi)填充反硝化菌載體導電材料均為碳顆粒(直徑< 5mm，容重約689. 4kg/m3，空隙占60% )，確保碳顆粒導電材料與不銹鋼導體緊密接觸。兩室裝液體積均為500mL。裝置的啟動與運行同實施例1基本相同，不同的是該實施例處理的對象為含氨氮 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，沒有檢測到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%，氨氧化平均負荷為0. 40kgNH3/m3. d，總氮去除負荷 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，兩室之間由電導體隔墻分隔，兩室內(nèi)填充導電材料，導電材料與兩室間電導體連接；好氧氨氧化反應(yīng)器與氨厭氧氧化室分別通過管道與反硝化室連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述生物電化學偶聯(lián)脫氮裝置，所述電導體是金屬或碳素材料或?qū)щ娞沾伞щ娀炷?；所述導電材料為碳素材料或金屬材料；碳素材料如碳氈或碳布或活性炭或碳紙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物電化學偶聯(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)，由電導體隔墻分隔為氨厭氧氧化室和反硝化室兩個部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物電化學偶聯(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所述生物電化學偶聯(lián)脫氮裝置，其所述質(zhì)子通道由質(zhì)子交換膜、陽離子交換膜組成、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，啟動曝氣系統(tǒng)進行氨氧化反應(yīng)，培養(yǎng)期間通過換水補充新鮮氨氮廢水，當氨氧化負荷達到0. IkgNH3Ai3. d后，氨氧化啟動完成；(2)偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動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，先曝氣對氨氧化菌群進行掛膜培養(yǎng)，培養(yǎng)期間通過換水補充新鮮氨氮廢水，待氨氧化負荷達到 0. IkgNH3Ai3. d后，氨氧化啟動完成。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行缺氧掛膜培養(yǎng)。培養(yǎng)期間多次換水補充新鮮硝化液， 待反硝化室反硝化負荷達到0. 2kgNH3/m3. d后，反硝化啟動完成；(3)好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的聯(lián)動運行反應(yīng)器啟動結(jié)束后，偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器中的氨氧化室轉(zhuǎn)為厭氧運行，氨氮廢水部分進入好氧氨氧化反應(yīng)器進行氨氧化，氧化后的硝化液進入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器的反硝化室。另外部分氨氮廢水進入偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器氨厭氧氧化室中，通過導電材料上附著的氨氧化菌氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，并同時產(chǎn)生電子，電子通過導電材料傳遞到反硝化室，經(jīng)厭氧氨氧化后的硝化液經(jīng)連接管道進入反硝化室，反硝化室中附著在導電材料的反硝化細菌得到電子把硝化液中的亞硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮氣，實現(xiàn)完全脫氮過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述生物電化學偶聯(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，兩室之間由電導體隔墻分隔，兩室內(nèi)填充導電材料，導電材料與兩室間電導體連接；好氧氨氧化反應(yīng)器與氨厭氧氧化室分別通過管道與反硝化室連接。本發(fā)明生物電化學偶聯(lián)脫氮方法，包括構(gòu)建裝置、好氧氨氧化反應(yīng)器啟動、偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器啟動、好氧氨氧化反應(yīng)器與偶聯(lián)脫氮反應(yīng)器聯(lián)動運行等步驟。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、操作運行簡單、工程啟動快、處理效果好等優(yōu)點。
文檔編號C02F9/14GK102372393SQ20101025424
公開日2012年3月14日 申請日期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, 占國強, 張禮霞, 李大平, 陶勇 申請人:中國科學院成都生物研究所