[发明专利]用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法

说明书

本发明公开了用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法。它包括依次连接的短程硝化池、微生物电解池阴极室和微生物电解池阳极室；短程硝化池上设有进水口和出水口a，其出水口a通过连接管道与微生物电解池阴极室的入口相连接；微生物电解池阴极室的内部设有阴极电极，阴极电极通过导线与电化学工作站负极连接；微生物电解池阳极室的顶部设有集气罩，下部设有进药口，内部设有阳极电极；集气罩上连接有收集管，以与收集装置连接；阳极电极通过导线与电化学工作站正极连接；微生物电解池阴极室与微生物电解池阳极室相连通，连接处设有阴离子交换膜。本发明解决了污水生物处理过程N₂O转化率不高和以N₂O为终产物的功能菌株实际应用的问题。

技术领域

本发明涉及一种用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

一氧化二氮(N₂O)是一种温室气体，在废水生物脱氮过程中N₂O主要通过硝酸盐→亚硝酸盐→NO→N₂O的反硝化环节产生。但是，N₂O也是一种高效清洁的能源气体，它在燃烧过程中分解成N₂与O₂，不会生成二次污染物，且相比于O₂作为氧化剂的燃烧过程可以释放更多的热量，因此可作为助燃剂与制氧剂使用。因此，在废水生物反硝化过程中，如能控制生成到N₂O的这一步，可以回收N₂O能源气体，实现废水中含氮有机物转化为清洁能源气体的目的。

目前，从废水处理过程中产生和回收N₂O的方法有利用高浓度亚硝酸盐来抑制氧化亚氮还原酶的活性、无氧化亚氮还原酶的AOB的同时硝化反硝化作用和间歇式好氧缺氧耦合脱氮工艺(CANDO)工艺。其中，发明专利(CN201310357185.7)提供了一种强化N₂O产生的装置和控制方法，利用高浓度亚硝酸盐抑制氧化亚氮还原酶的活性，使得反硝化过程中更多的亚硝态氮转化为N₂O，随后通过曝气的方式将N₂O顶空收集，最终N₂O积累率在15-60％间。但是，该方法的N₂O积累率不稳定，通过曝气方式将N₂O顶空会使得回收的N₂O浓度较低，并且其实施例针对的是居民生活区化粪池污水，氨氮浓度较低，不适合N₂O的大量回收。发明专利(CN201310743142.2)提供了一种实现污泥消化液短程硝化过程中N₂O产生与利用的方法，使用短程硝化颗粒污泥处理污泥消化液，在高溶解氧浓度条件下，AOB会在短程硝化颗粒污泥表面大量消耗溶解氧作为电子受体来氧化高浓度氨氮为亚硝酸盐，高浓度亚硝酸盐会抑制反硝化菌氧化亚氮还原酶的活性，另一方面颗粒污泥内部会形成微观厌氧环境，在无氧化亚氮还原酶的AOB的作用下将亚硝态氮反硝化成N₂O，实现N₂O的积累，最终N₂O的释放量占氨氮氧化量的15-30％。该方法所达到的N₂O转化率不高，由于有控制溶解氧的步骤需要曝气，N₂O回收的实际浓度会更低。发明专利(CN201710127743.9)公开了一种强化N₂O产生并回收利用的污水生物脱氮方法和装置，其主要发明点是运用间歇式好氧缺氧耦合脱氮工艺，通过调整运行工艺参数使得碳源以PHB的形式缓慢的提供反硝化碳源，实现N₂O的积累。该方法在实际运行过程中操作复杂，控制条件苛刻，不适用于实际废水高效产N₂O。