[發明專利]一種生物產氫強化的微生物電化學脫氮方法

有效

• 申請號: 201310646776.6
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103613206A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 嚴群;劉浩
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛;王玉松

技術領域

本發明涉及一種生物產氫強化的微生物電化學脫氮方法，屬于環境工程和能源化工領域。

背景技術

近年來，氮素作為全球性的水體污染物，其去除受到越來越多的重視。傳統脫氮工藝可分為物理、化學以及生物三大類。物理方法脫氮主要包括離子交換、反滲透和電滲析等。化學脫氮則是指在堿性或中性pH條件下，利用鐵鹽或銅銹將水中的硝酸鹽轉化成氨。而傳統生物脫氮工藝原理分為三個階段，包括氨化、硝化和反硝化。傳統脫氮工藝存在設備占地面積大、受溫度影響較大、操作復雜、易產生二次污染等缺點。而微生物電化學系統（BES）作為一種新型脫氮工藝，可以用來處理污染水體中的氮素。BES能夠提高反硝化細菌直接在表面的陰極的活性，使得硝態氮作為電子受體來進行反硝化過程。其具有能耗低、操作方便、集成性好、處理效率高、污泥產率低等優點，受到越來越多的關注。

BES脫氮工藝由于陽極電子產生速率的限制，陰極脫氮速率較低，同時反硝化過程會產生堿度，造成陰極液pH上升；而厭氧生物產氫過程中所產生的氫氣不僅可以作為還原力促進反硝化脫氮過程，伴隨著底物中碳源水解、酸化過程，會產生乙酸、丁酸、丙酸、乳酸等有機酸，還能夠消耗反硝化產生的堿度。因此，在生物產氫過程中提供的氫的還原力，以及有機酸提供的pH調節能力的雙重作用下，BES脫氮效率得以進一步提高。

發明內容

本發明提供一種生物產氫強化的微生物電化學脫氮方法，是以微生物電化學系統（BES）為反應器，通過在廢水進水中添加產氫微生物，提高生物陰極反硝化細菌的脫氮速率，同時通過產氫細菌的代謝產酸消耗反硝化產生的堿度，從而維持BES生物陰極中pH值的穩定。

所述微生物電化學系統反應裝置包括陽極碳刷1、陰極碳刷2、參比電極3、陽離子交換膜4、橡膠塞5、外電阻6、進水接口7、出水接口8和進料泵9。由陽離子交換膜4將微生物電化學系統反應裝置分為陰陽兩極室，各極室體積均為550mL；陰陽極室均是專門定做的有機玻璃反應器（外徑為9cm，內經7cm，高度為14cm），碳刷1、2均由鈦絲與碳纖維組成，陽極室頂部開有進水口和橡膠塞5，陰極室頂部開孔用于放置參比電極3，側邊底部和頂部分別開有進水接口7和出水接口8，陰陽極與參比電極通過導線組成外電路，中間連有100Ω的電阻。

所述脫氮方法包括以下步驟：

（1）啟動裝置馴化陽極：陽極室內裝有總體積為550mL的產電營養液和經過產電營養液馴化的厭氧污泥上清液，其中產電營養液與厭氧污泥上清液（含產電微生物）的體積比為3:1，當陽極電勢穩定在-0.5V時，陽極馴化成功。

所述厭氧污泥上清液的OD₆₀₀=0.021-0.025。

所述產電營養液的配方（mg/L）：KCl0.13、NH₄Cl0.31、NaH₂PO₄2.7、Na₂HPO₄11.55、無水乙酸鈉1.0、微量元素1mL/mL、維生素液1mL/mL；微量元素配方（g/L）：氨三乙酸1.5、MgSO₄·7H₂O3.0、MnSO₄·H₂O0.5、NaCl1.0、FeSO₄·7H₂O0.1、CoCl0.1、CaCl₂0.1、ZnSO₄·7H₂O0.1、CuSO₄·5H₂O0.01、鉀鋁礬0.01、H₃BO₅0.01、Na₂MoO₄0.01；維生素液配方（mg/L）：維生素H2.0、維生素B2.0、鹽酸吡哆醇10.0、維生素B₁5.0、維生素B₂5.0、煙酸5.0、D-酸鈣5.0、維生素B₁₂0.1、對氨基苯甲酸5.0、硫辛酸5.0。

（2）啟動生物陰極脫氮：在陽極電勢穩定后，向陰極添加總體積為550mL的反硝化營養液和經過反硝化營養液馴化的厭氧污泥上清液（含反硝化微生物），其中反硝化營養液與厭氧污泥上清液的體積比為3:1，當陰極電勢穩定在-0.24V左右時，即為脫氮效果穩定。

所述厭氧污泥上清液（含反硝化微生物）OD₆₀₀=0.010-0.015。