[发明专利]电化学性能强化的菌藻膜曝气生物膜反应器系统及其应用

说明书

本发明涉及一种电化学性能强化的菌藻膜曝气生物膜反应器系统及其应用，该系统包括阳极室、阴极室以及分隔膜，还包括设置在阴极室的膜曝气组件，同时作生物阴极电极，以及设置在阳极室的生物电极。与膜曝气组件连接的外部供气装置，同时具有循环管路，循环泵的输入端与反应器的顶端部分连接，输出端连接至用于连接进水泵和反应器的进水管路中。并且所述的生物阳极电极通过外接电路与生物阴极电极电连接，所述的系统用于处理含氨氮废水。与现有技术相比，本发明系统结构简单，采用无泡曝气，气体利用率高，操作过程耗能低，整个系统运行稳定，兼具污染物处理和产电功能，并可回收微藻生物能源，在污水处理与资源化领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及环境保护、水处理技术与设备技术领域，尤其是涉及一种电化学性能强化的菌藻膜曝气生物膜反应器系统及其应用。

背景技术

氨氮废水来源甚广，主要存在于许多工业废水中，且排放量大，如化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等均产生大量高浓度氨氮废水。其中，电路板的回收废水中含有高浓度氨氮。水体中的氨氮会导致水体富营养化，加速海藻、水藻等水生植物的大量增殖，以至于水体生态平衡失调。同时，被氨氮污染的水体对鱼类有毒，对人体也有害。含氨氮的污水排入水体后，在硝化细菌的作用下氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。完全氧化1mg氨氮需要4.57mg溶解氧，这对水体质量的改善和保证十分不利。因此，需要寻找一种高效的方法来去除含氨氮废水。

目前的处理技术主要包括物化处理法、传统生物处理法、新型生物处理法等。其中，物化处理法主要是吹脱法、折点氯化法、离子交换法、化学沉淀法等，吹脱法具有流程简单、处理效果稳定、基建费和运行费较低等优点，但其易生成水垢，在生产过程中不易去除，同时存在吹脱气体的二次污染情况。折点氯化法具有反应速度快、脱氮效率高等优点。但容易形成氯胺等副产物，导致水体二次污染，对人体造成伤害。而离子交换法一般只适用于低浓度氨氮废水，对于高浓度的氨氮废水，会因再生频繁而造成操作困难。磷酸铵镁沉淀法可以避免吹脱法造成的吹脱塔结垢、臭味等问题，处理效率不受温度限制，但其缺点是需要在处理过程中投加大量化学物质，容易造成二次污染，且沉淀效果受废水pH、镁盐和磷酸盐配比、反应时间等因素的影响。

传统生物脱氮法运行稳定、工艺可靠，是应用最为广泛的生物脱氮工艺，总氮去除率可达到70％～95％，代表工艺为A/O、A²/O工艺。但其占地面积大、基建成本高，硝化菌对环境条件敏感，需要增加HRT以保障脱氮效果。

新型生物处理法主要是同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等。其中，膜曝气生物膜反应器(MABR)能够在单个反应器容器中同时进行硝化和反硝化，与传统生物脱氮工艺相比，该工艺具有反应器容积小、操作简单、基建费用低、节省中和试剂、硝化反应效率高等优点。但在运行中存在溶解氧控制、释放温室气体(CH₄、CO₂、N₂O)的问题。

此外，将藻类对污水中氮磷营养物和有机物的摄取去除功效，与细菌强大的污染物降解能力有效地结合起来，形成藻类和细菌复杂的共生系统，可促进污水的净化。细菌生物矿化溶解性有机氮(DON)，将其转化成氨和其他一些低分子量化合物，藻类，细菌和浮游生物就可以生物利用DON[34]。藻类可以通过光合作用，把污水中NH₄⁺、NO₃^-、NO₂^-、H₂PO₄^-等无机离子和尿素等有机物质所含有的N、P等元素缔合到碳骨架上，形成藻类细胞；同时有些藻类可以固定大气中的氮并加以利用。

光合作用中产生的O₂有利于促进BOD值的下降，同时由于微藻以CO₂为碳源进行光合作用，因此污水中pH值升高，导致氨氮挥发增加，以及磷酸钙沉淀，从而降低水体中N、P元素的含量。