[发明专利]一种反硝化燃料电池耦合IEM-UF氮富集组合膜硝化脱氮装置

权利要求书

1.一种反硝化燃料电池耦合IEM-UF氮富集组合膜硝化脱氮装置，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器(3)、硝化反应器(16)、密封的反硝化微生物燃料电池反应器(25)；

氨氮分离器(3)包括原水进水蠕动泵(1)，进水管(2)，电源(4)，时间继电器(5)，导线(6)，电极(7)，搅拌器(8)，膜组件C(9)，压力表(10)，氨氮富集液出水蠕动泵(11)和氨氮富集液出水管(12)；原水经过进水蠕动泵进入氨氮分离器中，膜组件C(9)位于氨氮分离器内；膜组件C(9)由超滤膜或者微滤膜之一(37)、阳离子交换膜(36)、以及带有导流槽(34)和孔洞(32)的支撑板(33)组成，阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别位于支撑板两侧；膜组件C出水口(35)与压力表(10)、出水蠕动泵(11)用氨氮富集液出水管(12)顺序相连，并受时间继电器(5)的控制，将出水排入左右两侧分隔开的氨氮富集箱(13)左侧中；电极(7)放置在氨氮分离器(3)内，搅拌器(8)叶片位于膜组件C(9)旁；电极阳极正对膜组件C(9)的阳离子交换膜，电极阴极正对超滤膜或微滤膜之一；

硝化反应器(16)包括硝化反应器进水管(14)，硝化进水蠕动泵(15)，曝气装置(17)，气体流量计(18)，气泵(19)，时间控制开关(20)；硝化反应器(16)中曝气装置(17)与气路管线、气体流量计(18)和气泵(19)依次相连；硝化出水管(21)与硝化出水蠕动泵(22)相连，硝化反应器(16)内的曝气头(17)位于反应器下部，硝化过程出水流入到氨氮富集液箱(13)右侧中，再由阴极室进水蠕动泵(24)引入到反硝化过程中；

反硝化微生物燃料电池反应器(25)包括反硝化微生物燃料电池反应器阳极室(27)与反硝化微生物燃料电池反应器阴极室(26)，阳极室进水泵(23)，氨氮富集箱(13)右侧内硝态氮富集液通过阴极室进水蠕动泵(24)将硝态氮富集液引入阴极室(26)，阳极室与阴极室内放置电极材料(30)，中间用质子交换膜(28)隔离，用导线(6)通过外置电阻箱(29)连接阳极与阴极上的电极材料，并在电阻箱(29)两侧接入电压监控设备(31)，阳极出水管(39)与阴极出水管(38)共同接入到出水桶(40)中。

2.应用如权利要求1所述装置进行氨氮富集、硝化、反硝化微生物燃料电池产电的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)废水经进水泵增压后，经进水管以1-10mL/min流入氨氮分离器中；

2)氨氮分离器中膜组件C对废水中NH₄⁺富集及有机物分离：膜组件C(9)对废水中NH₄⁺和有机物分别进行富集和分离，打开出水蠕动泵(11)，调整流量为1-9ml/min；同时，将搅拌器(8)放入氨氮分离器(3)中并运行，HRT为20h-2.5d；电极(7)的两极经导线(6)分别与电源(4)相连，并将阳极正对离子交换膜(33)，阴极正对超滤膜(34)，打开电源(4)，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变；出水蠕动泵(11)，在时间继电器(5)的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为8分钟:5分钟，出水经氨氮富集出水管(12)到达氨氮富集液箱(13)左侧中，当压力表(10)指示数值超过15kpa时，需对膜组件C(9)进行清洗；

3)SBR硝化反应：将氨氮富集箱(13)左侧中的氨氮富集液经硝化进水管(14)由硝化进水蠕动泵(15)引入硝化反应器(16)中；硝化进水pH范围为7.5-8.2，硝化反应器中活性污泥MLSS为3000-3500mg/L，由气体流量计(18)，控制DO在1.5-2.0mg/L；通过时间控制器(20)使硝化反应器采用SBR方式运行，其中一个周期中进水0.5h，曝气反应4-8h，静置0.5-1h，排水0.5h；NH₄⁺在硝化活性污泥和曝气条件下，形成硝化液，引入氨氮富集箱(13)右侧中；

4)反硝化燃料电池阳极室(27)与阴极室(26)反应：将氨氮分离器(3)中剩余的COD富集液体经蠕动泵(23)以3-6ml/L引入反硝化燃料电池中的阳极室(27)中，将右侧含有硝态氮溶液的氨氮富集箱(13)经蠕动泵(24)以3-6ml/L引入反硝化燃料电池的阴极室(26)中，反硝化燃料电池阳极室阴极室内活性污泥附着在电极材料(30)表面上，在阳极室与阴极室中用质子交换膜(28)进行隔离，将阳极室内与阴极室内的电极材料(30)接入导线引入电阻箱(29)中，从而进行反硝化产电过程，并在两端形成电势差，产生电压；

5)出水：反硝化燃料电池阳极出水与阴极分别单独出水最终进入到出水桶中。