[发明专利]一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置

说明书

一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置，涉及一种自养反硝化脱氮装置。目的是解决电子供体匮乏的硝酸盐污染水体脱氮效率低及速率低的问题。装置由产氢室、脱氮室、阳极、阴极、气体扩散膜和直流电源构成，产氢室和脱氮室之间通过气体扩散膜间隔；或包括气体扩散装置；气体扩散装置设置在氢气输送管道的出气端。本发明装置异位地利用生物电化学系统产生的氢气进行氢自养反硝化，打破了反硝化时对电极间距的固有限制，总氮去除率可提高，阳极回收的电子的利用率提高，不会对水体造成二次污染。本发明适用于污水处理。

技术领域

本发明涉及一种自养反硝化脱氮装置。

背景技术

城市化进程加快的同时，大量污染物进入生态系统，其中水体硝酸盐的污染引起了广泛关注。硝酸盐所含氮元素可能引起水体富营养化，且硝酸盐的不完全代谢产物亚硝酸盐还具有致畸致毒等后果，严重威胁着生态环境健康。因此如何高效无污染地去除水体中的硝酸盐十分重要。

在电子供体匮乏的硝酸盐污染水体中，如受污地表水及地下水等，硝酸盐的去除常常面临去除效率及速率低等问题。一般的双室生物电化学脱氮反应器(MFC)是由阳极室1a、阴极室2a以及阳离子交换膜3a构成，图1为现有的双室生物电化学脱氮反应器的结构示意图，且阳离子交换膜为必需结构。阳极室发生有机物的氧化，同时产生电子通过外电路传递至阴极；阴极室电解液为硝酸盐废水，硝酸盐为电子受体，电子供体为阴极，进行自养反硝化反应，当外加电压较大时，阴极可能发生析氢反应，此时可能同时发生氢自养反硝化反应。必需的阳离子交换膜是为了防止硝酸盐向阳极室的泄露，硝酸盐作为电子受体会与阳极发生竞争，而影响阳极电化学活性菌向阳极输送电子的能力，从而影响生物电化学脱氮。双室生物电化学脱氮反应器的阴阳极室电解液存在显著差异，且反应速率也不相同。当实际应用时，还需考虑两者的速率匹配问题，阴阳极间距限制问题，多模块堆栈构筑物复杂的问题以及运行调控困难等问题。并且以阴极为电子供体时，由于有限的电极面积，常常发生总氮去除速率低以及亚硝酸盐累积等问题，这也会影响系统的电子利用率。

发明内容

本发明为了解决电子供体匮乏的硝酸盐污染水体脱氮效率低及速率低的问题，提出一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置。

本发明异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置由产氢室、脱氮室、阳极、阴极、气体扩散膜和直流电源构成，产氢室和脱氮室之间通过气体扩散膜间隔，阳极和阴极设置在产氢室内，直流电源设置在产氢室外部，阳极与直流电源的正极连接，阴极与直流电源的负极连接。

本发明另一种异位电子补偿的氢自养反硝化脱氮装置由产氢室、脱氮室、阳极、阴极、直流电源、氢气输送管道和气体扩散装置构成；气体扩散装置为气体扩散膜或微纳米气泡曝气装置。阳极和阴极设置在产氢室内，直流电源设置在产氢室外部，阳极与直流电源的正极连接，阴极与直流电源的负极连接，产氢室顶部设置有氢气输送管道，气体扩散装置设置在氢气输送管道的出气端，氢气输送管道的出气端设置在脱氮室内。

本发明装置运行过程为：

产氢室中阳极侧主要以有机物为电子供体发生阳极氧化反应，降解有机物，获得电子流。电解液为液态的有机污染物，如含有机物的污水、污水厂污泥、污泥消化液、垃圾渗滤液等；运行时电解液从阳极侧进入，待反应周期结束后排出废液和残渣。阳极作为电子受体，有机物被氧化释放的电子被阳极收集。电子通过外电路输送到达阴极，在阴极发生电解水析氢反应，向脱氮室注入含有硝酸盐污染的水体，产氢室产生的氢气通过气体扩散膜扩散至脱氮室中，进行氢自养反硝化反应，或将氢气输送管道的出气端设置在含有硝酸盐污染水体中，氢气通过氢气输送管道和气体扩散装置输送至含有硝酸盐污染水体中，氢气扩散进入含有硝酸盐污染的水体进行反硝化。

本发明原理及有益效果为：

1、本发明装置中设置了气体扩散装置，氢气缓慢释放至水体中，增加氢气在水中的溶解度，进而提高氢气利用率，并增强脱氮效率。本发明装置具有产氢功能，解决了生物膜氢自养反硝化工艺的氢气来源问题。