[发明专利]高效脱氮产电废水处理方法

说明书

本发明公开了高效脱氮产电废水处理方法，该方法基于耦合厌氧氨氧化技术的阳极极高效脱氮型微生物燃料电池，包含常规双室微生物燃料电池、磁力搅拌系统、外电路及数据采集系统。本发明间歇运行，在无机基质消耗完成后加入一定量的有机物激发污泥水解酸化及异养产电菌活性，装置结构简单，与传统阳极厌氧氨氧化MFC相比，脱氮效果显著，氮负荷明显提高，产电效果良好。

技术领域：本发明涉及一种高效脱氮产电废水处理方法。

背景技术：

能源短缺和环境污染制约了人类社会的可持续发展。微生物燃料电池(MFC)技术以阳极产电微生物为催化剂，通过生物降解作用将存储在污染物中的化学能直接转化为电能，兼具能源生成和污染治理两种功能。厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术，可以将氨氮和亚硝氮在厌氧条件下直接转化为氮气，是迄今为止最经济高效的脱氮工艺。厌氧氨氧化与MFC技术联合，可实现同步脱氮产电，是当前能源和环境领域的研究热点。

MFC与Anammox技术的耦合分为阴极和阳极2种脱氮形式。阴极耦合脱氮是将Anammox污泥接种至MFC阴极室，阳极室接种产电微生物，加入乙酸钠(～1000mg/L)等有机物作为燃料，阳极输出电子经外电路传递至阴极，Anammox反应生成的硝酸氮接收电子，自养反硝化生成氮气，优化出水水质，提高系统总氮去除率，阴极耦合型MFC，产电性能较好，但是，由于亚硝氮也能接收电子进行自养反硝化，导致氨氮去除率降低。阳极耦合脱氮是接种Anammox菌活性污泥至MFC阳极室，利用氨氮作为燃料产生电子，阴极电子受体可以是铁氰化钾、高锰酸钾或者是空气中的氧气。但是，由于Anammox过程释放能量较少，电压输出十分有限。另外，ANAMMOX反应过程中生成11％的硝态氮，使得系统出水出水总氮难以稳定达标。尽管在ANMMOX系统中添加外源有机物，能够降低系统出水氮浓度，但是提高了废水的处理成本。

针对现有阳极Anammox耦合型MFC脱氮技术的电压输出较低的问题，本发明利用后续添加碳源的方式快速激发活性污泥水解酸化产电，实现同步废水脱氮和生物产电，显著提高系统输出电压及电流；利用污泥原位水解酸化产生的有机物作为异养反硝化的过程的电子供体，可有效降低ANAMMOX系统的运行成本，利用微生物电池的原位电场，刺激功能菌活性，提高阳极Anammox耦合型MFC脱氮系统的运行稳定性；活性污泥原位水解酸化，降低了剩余污泥的产量。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供基于厌氧氨氧化的微生物燃料电池。

微生物燃料电池主体装置为双室，其中包括厌氧阳极反应室与化学阴极反应室；厌氧阳极反应室与化学阴极反应室通过法兰连接，法兰上固定有阳离子交换膜分隔；厌氧阳极反应室内部装有阳极液和阳极，阳极液中接种厌氧氨氧化污泥，厌氧阳极上附着厌氧氨氧化污泥，厌氧阳极反应室上部侧壁设有进水管，下部侧壁设有出水管，化学阴极反应室内装有阴极液和阴极，化学阴极反应室上部侧壁设有进水管，下部侧壁设有出水管；负载两端通过导线分别与厌氧阳极和阴极相连；负载两端采集数据通过数据采集器记录在电脑中。主体装置设有恒温磁力搅拌器本体和磁力搅拌子。

所述的系统的高效脱氮产电废水处理方法，其特征在于阳极室分阶段发生反应，初始阶段，在厌氧阳极室中，阳极液进行厌氧氨氧化反应，生成氮气，反应结束后，阳极反应室中，注入含高浓度有机物的溶液，引起活性污泥厌氧水解酸化产电。具体步骤如下：首先，组装好电化学系统，通过厌氧阳极反应室的进水管加入阳极液，反应一段时间后，无机基质消耗完成，通过厌氧阳极反应室的进水管加入阳极液一定量高浓度有机物的溶液，激发产电菌活性进行产电。阳极反应产生的电子通过外电路输送至阴极，电子的传输加速阳极室内活性污泥水解酸化，水解酸化产生的有机物提高脱氮的效率，并产生电流回收能源。产电结束后，排除阳极液，介入新的阳极液开始下一个周期。

所述阳极液(4)为含氨和亚硝酸盐的废水，且其有机物COD和氮浓度比低于1。