[發(fā)明專利]一種基于膜及電極高效富集水中氨氮離子的方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2014-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN103922442A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張巖;陳敬;孫鳳俠;甘志明;史揚(yáng);王修平;謝杭冀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/42
• 分類號(hào): C02F1/42;C02F1/461;C02F1/469
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于膜及電極高效富集水中氨氮離子的方法。

背景技術(shù)

C/N是硝化反硝化過(guò)程的重要影響因素。理論上，在反硝化過(guò)程中化學(xué)計(jì)量上所需要的C/N為2.86，但報(bào)道的反硝化工藝系統(tǒng)中需要的C/N遠(yuǎn)大于2.86，甚至達(dá)到11以上。在廢水處理時(shí)，實(shí)際運(yùn)行的硝化/反硝化工藝及其變型工藝（如氧化溝工藝、SBR工藝、BAF工藝等），常因碳源不足投加有機(jī)碳源或開發(fā)新碳源，從而提高C/N達(dá)到反硝化效果，這無(wú)形中增加了運(yùn)行成本，而且，在電化學(xué)系統(tǒng)中，有機(jī)物并沒(méi)有全部用于反硝化脫氮過(guò)程，這也造成了反硝化碳源不足的問(wèn)題，使脫氮效果不佳。

發(fā)明人在進(jìn)行生物脫氮研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，若將廢水中的NH₄⁺和有機(jī)物分別進(jìn)行富集和分離，并將富集的NH₄⁺和分離出來(lái)的有機(jī)物分別用于后續(xù)硝化和反硝化過(guò)程，則可有效利用碳源實(shí)現(xiàn)高效生物脫氮，然而若分離富集效率低，氨氮和有機(jī)物不能有效分離，反硝化脫氮效率將降低，因此為達(dá)到較好的脫氮效率，需提高氨氮富集效果，提高氨氮富集效果和有機(jī)物的有效分離對(duì)于脫氮效率起著至關(guān)重要的作用。為此發(fā)明人在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，富集效果的好壞與電極淹沒(méi)百分比（電極淹沒(méi)深度/露出水面高度）有很大關(guān)系，需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

目前，NH₄⁺分離富集的方法主要有吸附與離子交換法、膜吸收法以及電滲析等方法。吸附與離子交換法（如沸石、離子交換樹脂），可以分離濃縮NH₄⁺，但存在吸附容量有限，往往吸附效率低。化學(xué)再生易造成二次污染等問(wèn)題，所以目前沸石法脫氮主要針對(duì)微污染河道水、景觀水、二沉池出水等含氮不高的水體。電滲析法常被用于養(yǎng)豬廢水的NH₄⁺富集，該方法具有低能耗、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)有機(jī)物與NH₄⁺分離。同時(shí)在電化學(xué)生物處理工藝中，常因電極電解水生成的新生態(tài)氧氧化有機(jī)物而導(dǎo)致碳源不足，無(wú)法滿足后續(xù)反硝化過(guò)程對(duì)C/N的要求。因此，提高氨氮富集和有機(jī)物分離效率對(duì)于脫氮效果至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有處理廢水的硝化/反硝化工藝及其變型工藝（如氧化溝、BAF等）處理低C/N廢水反硝化碳源不足的問(wèn)題，和現(xiàn)有NH₄⁺分離富集方法的不足和缺陷，以及電化學(xué)系統(tǒng)的電解產(chǎn)物氧化有機(jī)物導(dǎo)致碳源減少問(wèn)題，提供了一種基于膜及電極高效富集水中氨氮離子的方法，該方法能夠充分分離有機(jī)物并富集氨氮，使出水氨氮得到濃縮，有機(jī)物得到分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)氨氮的富集和有機(jī)物分離，且該裝置為單一處理裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作運(yùn)行。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于膜及電極高效富集水中氨氮離子的方法，其特征在于：該裝置包括敞口的氨氮分離器，放置在氨氮分離器內(nèi)的膜組件C、電極和攪拌器，出水蠕動(dòng)泵，壓力表，進(jìn)水泵，進(jìn)水管，出水管，出水口，電源，導(dǎo)線，時(shí)間繼電器；膜組件C的出水口與出水管、壓力表和出水蠕動(dòng)泵依次相連，并受時(shí)間繼電器的控制；攪拌器葉片位于膜組件C下部；電極的兩極經(jīng)導(dǎo)線分別和電源相連，兩極放在膜組件C兩側(cè)；出水口位于氨氮分離器上部；進(jìn)水泵接進(jìn)水管，進(jìn)水管末端位于氨氮分離器內(nèi)，且靠近氨氮分離器底部；膜組件C由陽(yáng)離子交換膜、超濾膜或者微濾膜和帶有導(dǎo)流槽和孔洞的支撐板組成，陽(yáng)離子交換膜、超濾膜或者微濾膜之一分別設(shè)置在支撐板兩側(cè)。

本發(fā)明中所述的電極采用板狀或者網(wǎng)狀鐵電極。

本發(fā)明提供了一種利用上述裝置的氨氮富集、有機(jī)物分離方法，其步驟包括：

（1）原水引入：原水經(jīng)進(jìn)水泵增壓后，進(jìn)入氨氮分離器中；

（2）膜組件C連接、流量設(shè)定及攪拌：將膜組件C浸沒(méi)于氨氮分離器中，其出水口與出水管、壓力表和出水蠕動(dòng)泵依次相連，并受時(shí)間繼電器控制，打開出水蠕動(dòng)泵，調(diào)整流量為1.2-3.9ml/min，經(jīng)出水管出水。同時(shí)，將攪拌器放入氨氮分離器中膜組件C下部進(jìn)行微攪，防止氧氣過(guò)多溶入廢水中氧化有機(jī)物；

（3）電源連接及電流設(shè)定：將電極的兩極經(jīng)導(dǎo)線分別與電源相連，并將陽(yáng)極正對(duì)陽(yáng)離子交換膜，陰極正對(duì)超濾膜，打開電源，調(diào)整到電流為0-0.25A，并保持不變；

（4）電極淹沒(méi)形式以及電極形狀的設(shè)定：將板狀或網(wǎng)狀厚度不同的電極固定在膜組件C兩側(cè)，并將電極以20%-100%等不同淹沒(méi)深度放置于反應(yīng)器內(nèi)，并保持不變；