[發明專利]一種電化學輔助的源分離尿液生物脫氮的方法

在審

• 申請號: 201210550133.7
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103861463A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 范彬;曲波;朱仕坤;劉英豪
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01D65/10
• 分類號: B01D65/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明屬于環境生物技術領域，特別涉及一種利用微生物電解池技術進行源分離尿液脫氮的方法。

二、背景技術

尿液是生活污水的重要組成部分，盡管其體積不足全部生活污水1％，但卻貢獻了大約80％的氮和45％的磷，而這些污染元素必須在污水處理系統中得到有效的去除。如果能夠將尿液從生活污水的源頭分離出來，將大大減輕后續污水處理的壓力。

源分離技術則是針對上述特點，采用特殊設計的衛生潔具在源頭上將尿液單獨進行分離和收集，從而形成不同于傳統下水道系統的生活衛生系統，將生活污水中主要的污染元素以尿液這一載體進行分離。源分離技術因為其符合可持續發展的理念而逐漸得到國內外的廣泛重視。歐盟在2000年由多個研究機構聯合開展了尿液源分離技術的綜合性研究，并進行了工程示范(Larsen?TA，Alder?AC，Eggen?RIL，Maurer?M，Lienert?J.Source?Separation：WillWe?See?a?Paradigm?Shift?in?Wastewater?Handling？Environ.Sci.Technol.2009，43：6121-6125)。近年來我國也建設了一批包括奧運森林公園項目在內的源分離技術示范項目。

但目前，源分離技術的廣泛應用仍面臨著一些技術挑戰，其中之一就是如何對源頭分離的尿液進行就地處理或資源化。尿液的主要污染成分是尿素(CO(NH₂)₂)，而尿素會快速分解生成氨(NH₄⁺)，因此尿液處理的核心問題是高濃度氨氮廢水的處理。目前，高濃度氨氮廢水處理的物理化學方法主要有：吹脫法、離子交換法、折點加氯法等。這些方法要么不能徹底轉化氨氮為氮氣，容易造成二次污染；要么需要大量的化學試劑，運行成本高昂。生物處理技術是當前應用較廣的氨氮廢水處理方法，如傳統的硝化-反硝化工藝和短程硝化-厭氧氨氧化工藝(何巖，趙由才，周恭明.高濃度氨氮廢水脫氮技術研究進展.工業水處理，2008，28：1-4)。但對于含有高濃度氨氮的源分離尿液而言，目前的生物處理技術也有明顯的不足。如傳統的硝化-反硝化工藝需要在反硝化階段補充大量的有機碳源，且硝化過程所需氧氣量較大，能耗較高；最近興起短程硝化-厭氧氨氧化工藝在一定程度上克服了傳統硝化-反硝化工藝的確定，但是短程硝化工藝段和厭氧氨氧化工藝段的技術條件要求極為嚴格，精確控制非常困難(A?Joss，D?Salzgeber，J?Eugster，et?al.Full-Scale?Nitrogen?Removal?fromDigester?Liquid?with?Partial?Nitritation?and?Anammox?in?One?SBR.Envrion?Sci?Technol.2009，43：5301-5306)。此外，負責厭氧氨氧化的厭氧氨氧化菌增長速率極低，厭氧氨氧化反應器啟動困難。這些不足嚴重的限制了短程硝化-厭氧氨氧化工藝的大范圍應用。由此可見，研發一種低成本的、能夠將源分離尿液中的氨氮直接轉化為氮氣的尿液處理技術對于推進源分離技術的廣泛應用是非常必要的。

本發明基于利用微生物產電呼吸原理，提出一種電化學輔助的、全自養型的生物脫氮新技術，從而實現低成本、易操作的源分離尿液生物脫氮方法。

三、發明內容

1、本發明所指的源分離尿液，特指人類生活衛生系統中，通過特殊設計的衛生器具單獨收集的尿液或含有沖洗水的水尿混合液，以及畜禽養殖過程中單獨收集的畜禽尿液或含有沖洗水的水尿混合液。

2、本發明的方法是基于微生物電解池技術。所說的微生物電解池(MicrobialElectrolysis?Cell，MEC)技術是近年來快速發展的一項微生物與電化學相結合的新技術。在MEC中，具有胞外電子傳遞能力的微生物(亦稱產電微生物)附著在陽極表面，在厭氧條件下氧化有機物，并將獲得的電子傳遞給固體陽極，在一定外加電壓的驅動下，陽極獲得的電子通過外電路轉移至陰極；在陰極，溶液中質子接受電子被還原生成氫氣，或者產電微生物附著在陰極表面接收電子和質子(即生物陰極)。MEC技術與純電化學氧化技術相比，最大的優勢在于氧化有機物所需的催化劑由微生物提供，這一過程產生的能量則被微生物用于自我復制和維持，因此無需額外提供昂貴的貴金屬催化劑，并可顯著降低外加電壓(通常低于1V)。本發明是基于微生物電解池技術，但發明內容中不包含微生物電解池技術本身。