[發(fā)明專利]一種電化學輔助的生物脫氮反應器

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• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN105753152A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 范彬;鄭雅莉;曲波;朱仕坤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F3/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領域

本發(fā)明屬于環(huán)境微生物技術(shù)領域，具體涉及一種對氨氮廢水進行脫氮處理的電化學輔助生物脫氮反應器。

二、背景技術(shù)

生物電化學作為全新的技術(shù)，可同時實現(xiàn)污水中有機物的去除與產(chǎn)電(MFCs)或低電壓(0.25-0.85V)下產(chǎn)氫(MECs)，被認為是一種極具應用前景的新技術(shù)。

目前，生物電化學脫氮大致分為兩類：1，借助外加的獨立好氧生化反應系統(tǒng)或好氧陰極室，經(jīng)傳統(tǒng)的硝化反應后再在陰極實現(xiàn)厭氧反硝化；2，在MFC的生物陰極，通過控制溶解氧濃度實現(xiàn)同步硝化反硝化。上述反應均依賴陽極氧化有機物釋放的電子，實現(xiàn)陰極硝酸鹽的還原，且硝酸鹽源自外加的氨氧化過程(非生物電化學反應)。即陽極需補充有機物提供電子實現(xiàn)反硝化過程，且需借助外加獨立的好氧硝化反應器，無疑增加了系統(tǒng)操作的復雜性，不利于推廣應用。

三、發(fā)明內(nèi)容

1.本發(fā)明提出一種新型的電化學輔助生物脫氮反應器，將陽極置于反應器中央,陰極緊貼于反應器兩側(cè)壁安裝,陰陽極間距為1-3cm；陰陽電極組采用從上到下并聯(lián)布置，根據(jù)需要靈活控制各反應段所需的電壓。無需在陽極補充有機物提供電子，也無需外加獨立的好氧硝化反應器，技術(shù)流程簡單，運行成本低。

2.本發(fā)明的實施步驟包括：

(1)微生物的篩選與富集：取適量河流底泥或污水處理廠活性污泥對反應器進行接種，同時注入源分離尿液，之后按附圖1連通電路，打開直流穩(wěn)壓電源，向反應器兩極施加小額度電壓(通常低于1V)，并控制溫度，且通過內(nèi)循環(huán)對反應起到一定攪拌作用，進行微生物的篩選和富集，同時用萬用表記錄電流。

隨著篩選的微生物在電極表面富集，電流出現(xiàn)上升(相對于背景電流)，反應器內(nèi)氨氮濃度開始降低，陰極附近有氮氣產(chǎn)生。當反應器內(nèi)氨氧化完全時，電流出現(xiàn)急劇下降，陰極停止產(chǎn)氣，此時微生物的篩選和富集過程完成。

(2)電化學輔助生物脫氮：步驟(1)完成后，可采用兩種方式實現(xiàn)脫氮：a,序批式：即排出反應器內(nèi)全部混合液，重新注入氨氮廢水，保持其它條件不變，開始電化學輔助生物脫氮過程。b,連續(xù)流：通過進水槽向反應器以一定流量連續(xù)注入氨氮廢水，并將出水以一定流速排出，保持其它條件不變，開始電化學輔助生物脫氮過程。當重新注入氨氮廢水時，電流將迅速上升，隨著反應的進行，陰極附件持續(xù)產(chǎn)生氮氣；一旦電流下降至背景值，更換反應器中全部混合液，進行下一個處理周期。依此類推，達到脫氮目的。

步驟(1)所述的施加適當電壓是指施加電壓在0.3V-1.2V范圍內(nèi)。

步驟(1)所述的控制溫度是指控制反應器溫度在15℃-45℃范圍內(nèi)。

3.本發(fā)明的優(yōu)點：

(1)反應器的陰極與陽極均采用惰性電極如石墨，無需金屬催化劑及離子交換膜，節(jié)省了建設成本；

(2)反應器采用從上到下并聯(lián)的電極組，可根據(jù)需要靈活控制各反應段所需的電壓，且提供了大的比表面積，提高了脫氮效率及處理負荷；

(3)將陽極置于反應器中央,陰極緊貼于反應器兩側(cè)壁安裝,陰陽極間距為1-3cm，保證離子在電極間的傳遞且最大程度減小內(nèi)阻；

(4)本發(fā)明的方法實現(xiàn)了硝化過程與反硝化過程在同一個反應器中完成，以陽極為直接電子受體完成氨的氧化，無需外加獨立的好氧硝化反應器，陰極為直接電子供體，無需在陽極補充有機物提供電子實現(xiàn)反硝化過程，技術(shù)流程簡單，運行成本低；

(5)本發(fā)明的方法能耗低，只需提供較小的外加電壓(0.3V-1.2V)，即可實現(xiàn)氨氮廢水的全自養(yǎng)生物脫氮。

四、附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成圖，其中1為電化學輔助生物脫氮反應器，2為陽極，3為陰極，4為導線，5為內(nèi)循環(huán)通路，6為氫氣收集系統(tǒng)，7為進樣口，8為取樣口，9為蠕動泵。

五、具體實施方式

實施例1