[發明專利]一種耦合電化學氧化氨氮的厭氧正滲透膜生物反應器工藝

在審

• 申請號: 202010164352.6
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111377535A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 張捍民;周朗天
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F1/467;C02F1/44;C02F101/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種耦合電化學氧化氨氮的厭氧正滲透膜生物反應器工藝，屬于環境工程技術領域。利用氯化鈉汲取液的高鹽環境，將汲取液池用作電解池，電極氧化未被正滲透膜有效截留的氨氮，并轉化為氮氣，提高出水水質。氨氮去除效率比常規厭氧正滲透膜生物反應器工藝提高20％～25％。不銹鋼網陰極緊貼正滲透膜，用作電極的同時可改善膜界面層傳質效應，從而提高水通量。該裝置采用分離式結構，分為厭氧污泥混合液腔室和氯化鈉汲取液腔室，操作簡單，維護方便。本發明具有廣泛應用前景，可通過沿海城市選址建廠，利用易獲取、可循環的海水作為汲取液，達到處理生活污水和能源回收目的。

技術領域

本發明屬于環境工程技術領域，涉及一種耦合電化學氧化氨氮的厭氧正滲透膜生物反應器工藝。

背景技術

廢水含有豐富的有機物，如能回收其中的生物質能對于解決水體污染與能源危機問題具有重大意義。厭氧消化是利用兼性厭氧細菌及專性厭氧細菌降解其中的有機物產生富含甲烷的沼氣。厭氧膜生物反應器能夠有效截留微生物，從而提高出水水質并減少剩余污泥產量。然而厭氧膜生物反應器中膜污染嚴重，泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力，對于小分子量物質截留效果不佳等問題限制了其進一步應用。

正滲透是僅依靠滲透壓驅動的膜分離過程，水分子自發地從水化學勢高的原料液部分通過半透膜滲透到水化學勢低的汲取液部分正滲透技術具有膜污染趨勢低，能耗低，截留效果好等優點。因此，有的學者提出將正滲透膜作為滲透膜引入厭氧膜生物反應器形成厭氧正滲透膜生物反應器。即使正滲透膜具有優異的截留性能，仍在之前的研究中普遍觀察到對氨氮的不良截留。例如Zhang等在乙酸鎂溶液作為汲取液的厭氧正滲透膜生物反應器運行全周期測得氨氮去除率為56.0-66.6％。Chen等研究的浸沒式厭氧正滲透膜生物反應器用于低強度廢水研究中氨氮去除率為62.7％。

氨氮的電化學氧化就是通過電極的直接氧化和間接氧化作用將氨氮轉化為氮氣的過程，具有去除效率高、副產物少等優點，但是需要高氯離子濃度環境條件。因此，本研究提出耦合電化學氧化和厭氧正滲透膜生物反應器，利用氯化鈉作為汲取液提供環境條件，通過電化學氧化去除氨氮，從而改善出水水質，并關注一體化反應器的運行狀況。可通過沿海城市選址建廠，利用易獲取、可循環的海水作為汲取液，達到處理生活污水和能源回收目的，具有廣泛應用前景。

發明內容

本發明目的時提供一種提高厭氧正滲透膜生物反應器工藝中氨氮去除效率的方法。使用該方法設計構建分離式耦合電化學氧化氨氮的厭氧正滲透膜生物反應器裝置，有效解決了厭氧正滲透膜生物反應器工藝出水中氨氮含量高的問題，并獲得了水通量提高，同時輔助強化厭氧消化產甲烷過程。未來可通過易于獲取的海水替代氯化鈉汲取液進行循環，具有廣泛應用前景。此發明有利于低成本地促進水污染控制技術的節能降耗，實現可持續發展。

本發明的技術方案：

一種耦合電化學氧化氨氮的厭氧正滲透膜生物反應器工藝，所述的耦合電化學氧化氨氮的厭氧正滲透膜生物反應器，利用汲取液池作為電解池，正滲透膜活性層朝向原料液，汲取液側緊貼支撐層安置不銹鋼網陰極11，不銹鋼網陰極11通過引出的導線連接恒電流電源12負極，電源12正極連接嵌入滑動桿上卡槽的催化陽極14，卡槽上設有刻度便于調節兩極板間距。

本發明的有益效果：

一、在耦合體系的汲取液部分，可通過催化陽極將汲取液中氨氮等氧化，所產生的電子傳遞至陽極表面，由外電路到達陰極，構成回路。進水方式為連續進水，保證厭氧消化產氣過程持續進行。選擇具有高催化活性的涂層鈦陽極和耐腐蝕的不銹鋼網陰極也是影響催化效率的因素，相比于貴金屬陽極，可以較大程度保證經濟成本和運行結果的高效性。反應器氨氮去除效率相比于常規厭氧正滲透膜生物反應器工藝提高20％～25％。

二、不銹鋼網陰極緊貼正滲透膜，用作電極的同時可改善膜界面層傳質效應，從而提高水通量。