[发明专利]一种低碳氮比废水生物电解脱氮产甲烷的方法

说明书

本发明涉及废水生物处理技术领域，具体涉及一种低碳氮比废水生物电解脱氮产甲烷的方法。具体方案为：一种低碳氮比废水生物电解脱氮产甲烷的方法，包括生物电化学装置，生物电化学装置包括反应器、设置在反应器内的不锈钢阴极和生物阳极，不锈钢阴极和生物阳极之间设置有参比电极，反应器的顶部设置有排气口，排气口上设置有集气袋；将废水加入到反应器中，向反应器中通入氩气，排出反应器中的空气；然后将不锈钢阴极、生物阳极和参比电极接入恒电位仪上，设定电势，对废水进行脱氮产甲烷处理。本发明将生物氨氧化和电极生物膜反硝化脱氮偶联，能够很好的处理低碳氮比的废水，整个反应过程中无需曝气，加快了脱氮效率并节约了能源。

技术领域

本发明涉及废水生物处理技术领域，具体涉及一种低碳氮比废水生物电解脱氮产甲烷的方法。

背景技术

随着人类活动的影响，大量的人工合成氮肥(主要是氨)被排放到环境中引起水体富营养化，造成大量水生动植物的死亡和水质下降,破坏水生生态系统。因此，废水脱氮问题亟待解决。

传统的生物脱氮技术包含硝化反应和反硝化反应两个阶段，在硝化过程中，NH₄⁺首先通过氨氧化菌(AOB)作用转化为NO₂^-,再通过亚硝酸盐氧化菌(NOB)作用转化为NO₃^-；然后在反硝化过程中,NO₃^-和NO₂^-还原成N₂，但这一过程往往需要有充足的电子供体(如有机物)。AOB和NOB是好氧的化能自养菌，需要高溶氧量和低化学需氧量(COD)进水；而大多数反硝化细菌是厌氧异养型细菌，需要充足的COD。因此传统的生物脱氮需要消耗大量的能源与资源，仅硝化曝气这一项就占了污水处理厂运行总能耗的50％和运行成本60％；而且，反硝化过程中往往还需要投加大量的外加碳源以作为电子供体。其次，传统的生物脱氮往往占地空间大，会产生大量剩余污泥，运行过程中需要调节中和pH等问题。

针对低碳氮比的废水脱氮，一些改进的处理工艺已被提出，如：厌氧氨氧化(ANAMMOX)、短程硝化反硝化(SHARON)、基于亚硝酸盐全自养型脱氮工艺(CANON)、氧限制自养硝化反硝化(OLAND)等，但均存在启动慢、运行条件苛刻等不利因素。

近年来电化学技术在废水处理生物脱氮中的应用越来越受到人们的关注。生物电化学系统(BESs)可以利用生物催化剂(如活生物体、细胞器、生物酶等)来催化电极表面上的氧化或还原反应的体系，促进物质中化学能与电能之间的转化，以实现污染物去除与能量、资源回收为目的的一种新型、对环境友好的技术。电极生物膜反应不仅能利用电能，同时还通过电流刺激菌体繁殖，增强某些生理代谢活性，并且易控制，不形成二次污染。

有机碳(乙酸为例)与氨氮氧化(以亚硝氮产物为主)具有相近的电势(分别为-289mv，-340mv)。在合适的阳极电势下，两个代谢过程具有同时发生的可行性。在低碳氮比污水中，氨氮往往过量，污水中有充足的电子供体，而缺乏电子受体，这一现象限制了脱氮效率。本发明针对阳极电势的控制，构建生物阳极，以反硝化产甲烷作为阳极电子捕获的主要途径，实现有机碳-氨氮偶联氧化还原。迄今，生物阳极表面有机碳-氨氮的同时氧化还没有相关文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种低碳氮比废水生物电解脱氮产甲烷的方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种低碳氮比废水生物电解脱氮产甲烷的方法，将废水加入到反应器中，向反应器中通入氩气，排出反应器中的空气；然后将不锈钢阴极、生物阳极和参比电极接入恒电位仪上，设定电势，对废水进行脱氮产甲烷处理；所述生物阳极为先在阳极电极上进行微生物挂膜，然后对生物阳极进行驯化。

优选的，所述微生物挂膜的过程为：在含有微生物菌群的活性污泥中添加在氮源和碳源，搅拌培养2～3个月，当脱氮效率稳定后，菌群富集在阳极电极上即为挂膜成功。