[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

说明书

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，属于污水处理技术领域，处理废水方法按照如下工艺流程步骤进行：IEM‑UF膜组件对废水中NH₄⁺富集及对有机物分离；富集液进行硝化反应，硝化出水进入反硝化阴极室内，分离器内分离出来的有机物溶液进入反硝化阳极室内，利用阳极室有机物作为电子供体经外电路传到到阴极室内，同时硝酸根作为主要电子受体被还原为N₂。该方法及装置，具有较好的去除有机物和脱氮功能，尤其是处理低C/N污水及高氨氮废水提供一种处理方法，同时，该方法及装置能有效在反硝化脱氮过程的同时产生电能，产生能源。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种处理低C/N污水组合膜生物反应系统的氮富集及去除方法及装置。

背景技术

低C/N是我国城市生活污水的典型水质特征。传统生物脱氮技术是通过硝化作用和反硝化作用来实现氮的去除，充足的碳源是反硝化菌高效脱氮的关键。但在处理低C/N污水的过程中，由于有机物含量偏低，污水中所能提供的碳源不能满足反硝化要求，使得传统生物脱氮工艺处理低C/N比污水时遇到较大困难。

针对传统脱氮工艺处理低C/N比污水的碳源不足及硝化菌硝化效率不高等问题，申请者发明了“一种利用组合膜生物反应系统的氮富集及去除方法及装置”(专利号：ZL201310270168.X)来解决这一问题。同时和传统的生物脱氮过程相比较，反硝化燃料电池在污水脱氮处理的过程中减少了对碳源的需求，有机碳源在反硝化阳极室内作为电子供体，电子在经过外电路循环之后到达反硝化阴极室内，硝酸根与亚硝酸根作为电子受体，和传统的反硝化过程相比，减少了反硝化过程其他异样微生物对有机碳源的消耗，使得有机碳源分解出来的电子充分被硝酸根与亚硝酸根利用。同时碳源的氧化、硝化过程、反硝化过程，三个菌群互相独立存在，这也为各阶段优势菌种的高效运行提供了基础。申请者将利用IEM-UF氮富集组合膜与反硝化燃料电池进行耦合，将IEM-UF氮富集组合膜截留下来有机碳源(COD)作为反硝化燃料电池阳极室内的电子供体与供养阳极室内微生物的有机碳源，NH4+-N富集液经过硝化过程之后作为反硝化燃料电池阴极室内的电子受体底物，接受阳极室内有机碳源供给的电子还原为N_2，再处理低C/N比废水的同时实现废水脱氮并且回收电能。此耦合工艺可以有效的作为处理低C/N比污水的一种处理工艺，

为了解决现有的低C/N生活污水脱氮效率较低，能耗较大、碳源不足等问题，申请者开发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，将进水中的氨氮和COD在氨氮分离器内进行富集分离，然后富集的氨氮进入硝化反应器进行硝化反应，将硝化反应液经蠕动泵抽到反硝化燃料电池的阴极室内，将氨氮分离器内的含有大量COD的溶液经蠕动泵抽到反硝化燃料电池的阳极室内，微生物燃料电池阳极室内的COD为电子供体，阴极室内的硝酸根富集液为燃料电池的阴极电子受体，阳极室内COD失去电子产生H⁺并且透过质子交换膜产生电流回路，形成反硝化微生物燃料电池。两极室之间用质子交换膜分隔开来，阴阳极室内分别布置燃料电池电极，外部用导线连接电阻箱，其中反硝化燃料电池利用硝酸盐作为阴极电子受体，通过阴极反应完成电子的传递过程，同时实现废水脱氮同时产生电能。

发明内容

本发明的目的是针对现有处理低C/N比废水处理效率不高及反硝化过程中碳源利用不充分的问题，提供一种利用组合膜生物反应系统的氨氮富集及去除方法及装置，该方法及装置具有较好的去除有机物和脱氮功能，并且实现了脱氮的同时回收电能。为处理低C/N比废水提供一种处理方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种利用组合膜耦合反硝化燃料电池反应系统的启动、稳定运行及反硝化燃料电池同步脱碳除氮处理，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)；