[發(fā)明專利]用于從含氮廢水中高效產(chǎn)生并回收一氧化二氮的微生物電化學(xué)裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911357427.6
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111087071B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫德智;聶含冰;黨巖
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F3/00;C02F101/16
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

本發(fā)明公開了用于從含氮廢水中高效產(chǎn)生并回收一氧化二氮的微生物電化學(xué)裝置及方法。它包括依次連接的短程硝化池、微生物電解池陰極室和微生物電解池陽極室；短程硝化池上設(shè)有進(jìn)水口和出水口a，其出水口a通過連接管道與微生物電解池陰極室的入口相連接；微生物電解池陰極室的內(nèi)部設(shè)有陰極電極，陰極電極通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站負(fù)極連接；微生物電解池陽極室的頂部設(shè)有集氣罩，下部設(shè)有進(jìn)藥口，內(nèi)部設(shè)有陽極電極；集氣罩上連接有收集管，以與收集裝置連接；陽極電極通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站正極連接；微生物電解池陰極室與微生物電解池陽極室相連通，連接處設(shè)有陰離子交換膜。本發(fā)明解決了污水生物處理過程N(yùn)₂O轉(zhuǎn)化率不高和以N₂O為終產(chǎn)物的功能菌株實(shí)際應(yīng)用的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于從含氮廢水中高效產(chǎn)生并回收一氧化二氮的微生物電化學(xué)裝置及方法，屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一氧化二氮(N₂O)是一種溫室氣體，在廢水生物脫氮過程中N₂O主要通過硝酸鹽→亞硝酸鹽→NO→N₂O的反硝化環(huán)節(jié)產(chǎn)生。但是，N₂O也是一種高效清潔的能源氣體，它在燃燒過程中分解成N₂與O₂，不會生成二次污染物，且相比于O₂作為氧化劑的燃燒過程可以釋放更多的熱量，因此可作為助燃劑與制氧劑使用。因此，在廢水生物反硝化過程中，如能控制生成到N₂O的這一步，可以回收N₂O能源氣體，實(shí)現(xiàn)廢水中含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化為清潔能源氣體的目的。

目前，從廢水處理過程中產(chǎn)生和回收N₂O的方法有利用高濃度亞硝酸鹽來抑制氧化亞氮還原酶的活性、無氧化亞氮還原酶的AOB的同時(shí)硝化反硝化作用和間歇式好氧缺氧耦合脫氮工藝(CANDO)工藝。其中，發(fā)明專利(CN201310357185.7)提供了一種強(qiáng)化N₂O產(chǎn)生的裝置和控制方法，利用高濃度亞硝酸鹽抑制氧化亞氮還原酶的活性，使得反硝化過程中更多的亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為N₂O，隨后通過曝氣的方式將N₂O頂空收集，最終N₂O積累率在15-60％間。但是，該方法的N₂O積累率不穩(wěn)定，通過曝氣方式將N₂O頂空會使得回收的N₂O濃度較低，并且其實(shí)施例針對的是居民生活區(qū)化糞池污水，氨氮濃度較低，不適合N₂O的大量回收。發(fā)明專利(CN201310743142.2)提供了一種實(shí)現(xiàn)污泥消化液短程硝化過程中N₂O產(chǎn)生與利用的方法，使用短程硝化顆粒污泥處理污泥消化液，在高溶解氧濃度條件下，AOB會在短程硝化顆粒污泥表面大量消耗溶解氧作為電子受體來氧化高濃度氨氮為亞硝酸鹽，高濃度亞硝酸鹽會抑制反硝化菌氧化亞氮還原酶的活性，另一方面顆粒污泥內(nèi)部會形成微觀厭氧環(huán)境，在無氧化亞氮還原酶的AOB的作用下將亞硝態(tài)氮反硝化成N₂O，實(shí)現(xiàn)N₂O的積累，最終N₂O的釋放量占氨氮氧化量的15-30％。該方法所達(dá)到的N₂O轉(zhuǎn)化率不高，由于有控制溶解氧的步驟需要曝氣，N₂O回收的實(shí)際濃度會更低。發(fā)明專利(CN201710127743.9)公開了一種強(qiáng)化N₂O產(chǎn)生并回收利用的污水生物脫氮方法和裝置，其主要發(fā)明點(diǎn)是運(yùn)用間歇式好氧缺氧耦合脫氮工藝，通過調(diào)整運(yùn)行工藝參數(shù)使得碳源以PHB的形式緩慢的提供反硝化碳源，實(shí)現(xiàn)N₂O的積累。該方法在實(shí)際運(yùn)行過程中操作復(fù)雜，控制條件苛刻，不適用于實(shí)際廢水高效產(chǎn)N₂O。