[发明专利]一种耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器工艺

说明书

本发明提供了一种耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器工艺，属于环境工程技术领域。利用氯化钠汲取液的高盐环境，将汲取液池用作电解池，电极氧化未被正渗透膜有效截留的氨氮，并转化为氮气，提高出水水质。氨氮去除效率比常规厌氧正渗透膜生物反应器工艺提高20％～25％。不锈钢网阴极紧贴正渗透膜，用作电极的同时可改善膜界面层传质效应，从而提高水通量。该装置采用分离式结构，分为厌氧污泥混合液腔室和氯化钠汲取液腔室，操作简单，维护方便。本发明具有广泛应用前景，可通过沿海城市选址建厂，利用易获取、可循环的海水作为汲取液，达到处理生活污水和能源回收目的。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器工艺。

背景技术

废水含有丰富的有机物，如能回收其中的生物质能对于解决水体污染与能源危机问题具有重大意义。厌氧消化是利用兼性厌氧细菌及专性厌氧细菌降解其中的有机物产生富含甲烷的沼气。厌氧膜生物反应器能够有效截留微生物，从而提高出水水质并减少剩余污泥产量。然而厌氧膜生物反应器中膜污染严重，泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，对于小分子量物质截留效果不佳等问题限制了其进一步应用。

正渗透是仅依靠渗透压驱动的膜分离过程，水分子自发地从水化学势高的原料液部分通过半透膜渗透到水化学势低的汲取液部分正渗透技术具有膜污染趋势低，能耗低，截留效果好等优点。因此，有的学者提出将正渗透膜作为渗透膜引入厌氧膜生物反应器形成厌氧正渗透膜生物反应器。即使正渗透膜具有优异的截留性能，仍在之前的研究中普遍观察到对氨氮的不良截留。例如Zhang等在乙酸镁溶液作为汲取液的厌氧正渗透膜生物反应器运行全周期测得氨氮去除率为56.0-66.6％。Chen等研究的浸没式厌氧正渗透膜生物反应器用于低强度废水研究中氨氮去除率为62.7％。

氨氮的电化学氧化就是通过电极的直接氧化和间接氧化作用将氨氮转化为氮气的过程，具有去除效率高、副产物少等优点，但是需要高氯离子浓度环境条件。因此，本研究提出耦合电化学氧化和厌氧正渗透膜生物反应器，利用氯化钠作为汲取液提供环境条件，通过电化学氧化去除氨氮，从而改善出水水质，并关注一体化反应器的运行状况。可通过沿海城市选址建厂，利用易获取、可循环的海水作为汲取液，达到处理生活污水和能源回收目的，具有广泛应用前景。

发明内容

本发明目的时提供一种提高厌氧正渗透膜生物反应器工艺中氨氮去除效率的方法。使用该方法设计构建分离式耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器装置，有效解决了厌氧正渗透膜生物反应器工艺出水中氨氮含量高的问题，并获得了水通量提高，同时辅助强化厌氧消化产甲烷过程。未来可通过易于获取的海水替代氯化钠汲取液进行循环，具有广泛应用前景。此发明有利于低成本地促进水污染控制技术的节能降耗，实现可持续发展。

本发明的技术方案：

一种耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器工艺，所述的耦合电化学氧化氨氮的厌氧正渗透膜生物反应器，利用汲取液池作为电解池，正渗透膜活性层朝向原料液，汲取液侧紧贴支撑层安置不锈钢网阴极11，不锈钢网阴极11通过引出的导线连接恒电流电源12负极，电源12正极连接嵌入滑动杆上卡槽的催化阳极14，卡槽上设有刻度便于调节两极板间距。

本发明的有益效果：

一、在耦合体系的汲取液部分，可通过催化阳极将汲取液中氨氮等氧化，所产生的电子传递至阳极表面，由外电路到达阴极，构成回路。进水方式为连续进水，保证厌氧消化产气过程持续进行。选择具有高催化活性的涂层钛阳极和耐腐蚀的不锈钢网阴极也是影响催化效率的因素，相比于贵金属阳极，可以较大程度保证经济成本和运行结果的高效性。反应器氨氮去除效率相比于常规厌氧正渗透膜生物反应器工艺提高20％～25％。

二、不锈钢网阴极紧贴正渗透膜，用作电极的同时可改善膜界面层传质效应，从而提高水通量。