[發明專利]一種高效反硝化燃料電池耦合IEM-UF組合膜脫氮裝置在審
| 申請號： | 201810673005.9 | 申請日： | 2018-06-26 |
| 公開（公告）號： | CN108585383A | 公開（公告）日： | 2018-09-28 |
| 發明（設計）人： | 張巖;劉子奇;馬翔山;張博康;陳昌明;曹孟京 | 申請（專利權）人： | 北京工業大學 |
| 主分類號： | C02F9/14 | 分類號： | C02F9/14 |
| 代理公司： | 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203 | 代理人： | 劉萍 |
| 地址： | 100124 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 反硝化 硝化反應器 燃料電池 脫氮裝置 耦合 組合膜 分離器 廢水 室內 陰極 工藝流程步驟 污水處理技術 反硝化脫氮 高氨氮廢水 有機物分離 有機物溶液 陽極 處理效率 高效處理 提升系統 硝化反應 硝化細菌 陽極出水 富集液 膜組件 低C/N 出水 富集 硝化 總氮 污水 能源 保證 | ||
1.一種反硝化燃料電池耦合IEM-UF組合膜脫氮裝置，其特征在于：該裝置包括敞口的氨氮分離器(3)、硝化反應器(16)、密封的反硝化微生物燃料電池反應器(25)；
氨氮分離器(3)包括原水進水蠕動泵(1)，進水管(2)，電源(4)，時間繼電器(5)，導線(6)，電極(7)，攪拌器(8)，膜組件C(9)，壓力表(10)，氨氮富集液出水蠕動泵(11)和氨氮富集液出水管(12)；原水經過進水蠕動泵進入氨氮分離器中，膜組件C(9)位于氨氮分離器內；膜組件C(9)由超濾膜或者微濾膜之一(37)、陽離子交換膜(36)、以及帶有導流槽(34)和孔洞(32)的支撐板(33)組成，陽離子交換膜、超濾膜或者微濾膜之一分別位于支撐板兩側；膜組件C出水口(35)與壓力表(10)、出水蠕動泵(11)用氨氮富集液出水管(12)順序相連，并受時間繼電器(5)的控制，將出水排入中間分隔開的氨氮富集箱(13)左側中；電極(7)放置在氨氮分離器(3)內，攪拌器(8)葉片位于膜組件C(9)旁；電極陽極正對膜組件C(9)的陽離子交換膜，電極陰極正對超濾膜或微濾膜之一；
硝化反應器(16)包括硝化反應器進水管(14)，硝化進水蠕動泵(15)，曝氣裝置(17)，氣體流量計(18)，氣泵(19)，時間控制開關(20)；硝化反應器(16)中曝氣裝置(17)與氣路管線、氣體流量計(18)和氣泵(19)依次相連；硝化出水管(21)與硝化出水蠕動泵(22)相連，硝化反應器(16)內的曝氣頭(17)位于反應器下部，硝化過程出水流入到氨氮富集液箱(13)右側中，再由陰極室進水蠕動泵(24)引入到反硝化過程中；
反硝化微生物燃料電池反應器(25)包括反硝化微生物燃料電池反應器陽極室(27)，反硝化微生物燃料電池反應器陰極室(26)，電極材料(30)分別放置在陰極室內與陽極室內，陽極室進水蠕動泵(23)，陰極室進水蠕動泵(24)，氨氮富集箱(13)右側內硝態氮富集液通過陰極室進水蠕動泵(24)將硝態氮富集液引入陰極室(26)，用導線(6)連接電極材料至電阻箱(29)兩端，陰極室與陽極室用質子交換膜(28)隔離；電阻箱兩端連接電壓監控設備(37)，陽極室出水經過回流蠕動泵(39)回流至硝化反應器，陰極室最終單獨出水到出水桶(38)。
2.應用如權利要求1所述裝置進行氨氮富集、硝化、反硝化微生物燃料電池產電的方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)廢水經進水泵增壓后，經進水管以1-10mL/min流入氨氮分離器中；
2)氨氮分離器中膜組件C對廢水中NH4+富集及有機物分離：膜組件C(9)對廢水中NH4+和有機物分別進行富集和分離，打開出水蠕動泵(11)，調整流量為1-9ml/min；同時，將攪拌器(8)放入氨氮分離器(3)中并運行，HRT為20h-2.5d；電極(7)的兩極經導線(6)分別與電源(4)相連，并將陽極正對離子交換膜(35)，陰極正對超濾膜(36)，打開電源(4)，調整到電流為0.05-0.3A，并保持不變；出水蠕動泵(11)，在時間繼電器(5)的控制下，出水為間歇性出水即出水蠕動泵抽停時間比為8分鐘:5分鐘，出水經氨氮富集出水管(12)到達氨氮富集液箱(13)左側中，當壓力表(10)指示數值超過15kpa時，需對膜組件C(9)進行清洗；
3)SBR硝化反應：將氨氮富集液箱(13)左側中的廢水經硝化進水管(14)由硝化進水蠕動泵(15)引入硝化反應器(16)中；將反硝化燃料電池陽極室(27)出水經回流蠕動泵(39)引入硝化反應器(16)中，硝化反應器中活性污泥MLSS為3000-3500mg/L，控制DO在1.5-2.0mg/L；通過時間控制器(20)使硝化反應器采用SBR方式運行，其中一個周期中進水0.5h，曝氣反應4-8h，靜置0.5-1h，排水0.5h；NH4+在硝化活性污泥和曝氣條件下，形成硝化液，引入氨氮富集箱(13)右側中；
4)反硝化燃料電池陽極室與陰極室反應：將氨氮分離器中剩余的COD富集液體經蠕動泵(23)以2-3ml/L引入反硝化燃料電池中的陽極室(27)中，將氨氮富集箱(13)右側中消化液經蠕動泵(24)以5-6ml/L引入反硝化燃料電池的陰極室(26)中，陽極室出水經過回流蠕動泵回流至硝化反應器；反硝化燃料電池陽極室與陰極室活性污泥附著在電極表面上，在陽極室與陰極室中用質子交換膜(28)進行隔離，陽極陰極室內均放置電極材料(30)，從電極處引入導線接入電阻箱(29)中，進行反硝化產電過程，并在兩端形成電勢差，產生電壓；
5)出水：反硝化燃料電池陰極單獨出水。
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