CN106630113A - 一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池 - Google Patents

一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池。本发明提供的微生物脱盐池包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室。本发明将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。本发明采用的微生物脱盐池脱氮的方法只需要添加少量的磷酸盐缓冲液即可高效的脱除氨氮。此外，本发明在脱氮的同时还能够回收电化学***中产生的电能。根据实验结果可知，本发明提供的方法对氨氮废水中氨氮的去除率最高可达93％。

Description

一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池。
背景技术
氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)形式存在的氮。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。水中的氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，如果长期饮用，水中的亚硝酸盐将和蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质，对人体健康极为不利。因此，在废水排放之前，一般需要对废水进行脱氮处理。
折点氯化法和磷酸铵镁结晶法是现有技术中比较常用的氨氮脱除方法。折点氯化法是投加过量的氯或次氯酸钠，使废水中的氨氮氧化成氮气的化学脱氮工艺，该方法的处理效率可达到90％～100％，处理效果稳定，不受水温影响。
磷酸铵镁(Magnesium ammonium phosphate,MAP)结晶法是一种常用的氨氮处理方法，其主要原理为:通过向氨氮废水中添加Mg2+和PO4 3-，生成磷酸铵镁晶体(MAP)，将氨氮废水中的氨氮去除。磷酸铵镁结晶过程的反应方程式为：
Mg2++NH4++PO4 3-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓。
然而，根据现有技术方案可知，虽然折点氯化法和磷酸铵镁结晶法能够一定程度上回收氨氮废水中的氨氮，但是却需要添加大量的化学药剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池，本发明提供的方法无需添加大量的化学药剂。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种用于氨氮废水脱氮的微生物脱盐池，包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室，所述脱盐室位于阳极室和阴极室中间；
所述脱盐室和阳极室由阴离子交换膜分隔；
所述脱盐室和阴极室由阳离子交换膜分隔；
所述脱盐室内设置有交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜，将脱盐室分成若干个处理室；
所述阳极室中包含阳极电极；
所述阴极室中包含阴极电极；
所述阳极电极和阴极电极通过外电路连接。
优选的，所述外电路中串联了至少一个电阻。
优选的，所述阴极电极为镀铂量为0.1～1mg/cm2的镀铂碳纸。
优选的，所述阳极室、阴极室和脱盐室的容积之比为2:2:(1～3)。
本发明还提供了一种使用所述微生物脱盐池进行的氨氮废水的脱氮方法，包括如下步骤：
将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；
将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；
使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。
优选的，所述人粪液中人粪和水的体积比为(0.8～1.5):1。
优选的，所述厌氧污泥的接种量为阳极室容积的1～5％。
优选的，所述磷酸盐缓冲液包含KH2PO4和K2HPO4·3H2O。
优选的，所述KH2PO4在磷酸盐缓冲液中的浓度为0.05～0.1mol/L。
优选的，所述K2HPO4·3H2O在磷酸盐缓冲液中的浓度为0.01～0.1mol/L。
本发明提供了一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池。本发明提供的微生物脱盐池包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室。本发明将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。本发明采用的微生物脱盐池脱氮的方法只需要添加少量的磷酸盐缓冲液即可高效的脱除氨氮。此外，本发明在脱氮的同时还能够回收电化学***中产生的电能。根据实验结果可知，本发明提供的方法对氨氮废水中氨氮的去除率最高可达93％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的微生物脱盐池的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于氨氮废水脱氮的微生物脱盐池，包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室，所述脱盐室位于阳极室和阴极室中间；
所述脱盐室和阳极室由阴离子交换膜分隔；
所述脱盐室和阴极室由阳离子交换膜分隔；
所述脱盐室内设置有交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜，将脱盐室分成若干个处理室；
所述阳极室中包含阳极电极；
所述阴极室中包含阴极电极；
所述阳极电极和阴极电极通过外电路连接。
在本发明中，所述脱盐室和阳极室由阴离子交换膜分隔；所述脱盐室和阴极室由阳离子交换膜分隔。在本发明中，所述阳极室中包含阳极电极。本发明对所述阳极电极的种类没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的阳极电极即可，具体的可以为碳毡。
在本发明中，所述阴极室中包含阴极电极。在本发明中，所述阴极电极优选为镀铂量为0.1～1mg/cm2的镀铂碳纸，更优选为0.2～0.8mg/cm2，最优选为0.5～0.7mg/cm2。
在本发明中，所述阳极电极和阴极电极通过外电路连接。在本发明中，所述外电路中串联了至少一个电阻。本发明对所述电阻的数量没有特殊的限定，本领域技术人员可根据实际需求进行调整。在本发明一个实施例中，所述至少一个电阻具体的为1个，该电阻的电阻值为5Ω。
本发明对所述阳离子交换膜(CEM)的材质没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的阳离子交换膜即可。在本发明具体实施例中，所述阳离子交换膜具体的为上海上化水处理材料有限公司产的交换容量为2.0mol/kg的阳离子交换膜。
本发明对所述阴离子交换膜(AEM)的材质没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的阴离子交换膜即可。在本发明具体实施例中，所述阴离子交换膜具体的为上海上化水处理材料有限公司产的交换容量为1.8mol/kg的阴离子交换膜。
本发明提供的脱盐池包括脱盐室，所述脱盐室内设置有交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜，将脱盐室分成若干个处理室。本发明对所述处理室的数量没有特殊的限定，本领域技术人员可根据实际需求进行调整。在本发明的具体实施例中，所述至少一个处理室优选为5个。本发明对所述交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的距离没有特殊要求，原则上任意相邻的阴离子交换膜和阳离子交换膜的距离可以为任意值，优选为0.5cm。
在本发明中，所述处理室中，磷酸盐和氨氮均往隔壁处理室运动的称为淡室，所述淡室中磷酸盐和氨氮的浓度均低于进水浓度；隔壁室中的磷酸盐和氨氮均往本室运动的称为浓室，所述浓室中磷酸盐和氨氮的浓度均高于进水浓度。
在本发明中，所述阳极室、阴极室和脱盐室的容积之比优选为2:2:(1～3)，具体的可以为2:2:1、2:2:2或2:2:3。本发明对所述阳极室、阴极室和脱盐室的结构尺寸没有特殊要求，能够满足上述比例关系即可。在本发明具体实施例中，所述阳极室的尺寸为20cm×7cm×3cm，阴极室的尺寸为20cm×7cm×3cm，所述脱盐室尺寸为5个×20cm×7cm×0.5cm。
参见图1，图1为本发明实施例提供的微生物脱盐池的结构示意图。如图1所述，本发明实施例中使用的脱盐池包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室；其中，所述脱盐室位于阳极室和阴极室中间，所述脱盐室由阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列分隔成5个处理室；所述阳极室中包含阳极电极；所述阴极室中包含阴极电极；所述阳极电极和阴极电极通过外电路连接，所述外电路串联一个电阻值为5Ω的电阻。
本发明还提供了一种使用所述微生物脱盐池进行的氨氮废水的脱氮方法，包括如下步骤：
将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；
将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；
使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。
本发明将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内。在本发明中，所述人粪液中人粪和水的体积比优选为(0.8～1.5):11，具体的可以为0.8:1、0.9:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1。本发明优选将所述人粪捣碎之后再与水进行混合，本发明对所述捣碎的程度没有特殊要求，能够使得人粪与水混合均匀即可。
在本发明中，所述厌氧污泥的接种量优选为阳极室容积的1～5％，具体的可以为1％、2％、3％、4％或5％；所述厌氧污泥取自高碑店污水处理厂污泥消化池，挥发性固体浓度为10g/L。在本发明中，所述厌氧污泥中的微生物为产电微生物，所述人粪作为微生物脱盐池的燃料，利用阳极上的产电微生物氧化人粪中的有机物产生电能，在阴极电极和阳极电极之间形成电场，来推动脱盐室中磷酸根离子和氨氮的脱除。
本发明将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内。在本发明中，所述磷酸盐缓冲液优选包含KH2PO4和K2HPO4·3H2O；所述KH2PO4在磷酸盐缓冲液中的浓度优选为0.05～0.1mol/L，更优选为0.055～0.09mol/L，最优选为0.06～0.066mol/L；所述K2HPO4·3H2O在磷酸盐缓冲液中的浓度优选为0.01～0.1mol/L，更优选为0.02～0.8mol/L，最优选为0.035～0.5mol/L。
本发明使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。在本发明中，所述氨氮废水具体的为化肥废水、养殖废水或者人体尿液。
本发明提供了一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池。本发明提供的微生物脱盐池包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室。本发明将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。本发明采用的微生物脱盐池脱氮的方法只需要添加少量的磷酸盐缓冲液即可高效的脱除氨氮。此外，本发明在脱氮的同时还能够回收电化学***中产生的电能。根据实验结果可知，本发明提供的方法对氨氮废水中氨氮的去除率最高可达93％。
下面结合实施例对本发明提供的氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以1L氨氮浓度为289mg/L的化肥废水作为实验样品，进入到为微生物脱盐池的脱盐室内；将打碎的人粪与水按照1:1的体积比添加到微生物脱盐池阳极室作为燃料；将0.066mol/L的KH2PO4和0.035mol/L的K2HPO4·3H2O添加到微生物脱盐池阴极室作为缓冲液。当水力停留时间为6h时，最终脱盐室淡室的出水中氨氮的浓度为20.2mg/L，对应的回收率93％，微生物脱盐池一天的产电量大约为3×10-6度。
实施例2
以1L氨氮浓度为582mg/L的养殖废水作为实验样品，进入到为微生物脱盐池的脱盐室内；将打碎的人粪与水按照0.9:1的体积比添加到微生物脱盐池阳极室作为燃料；将0.036mol/L的KH2PO4和0.025mol/L的K2HPO4·3H2O添加到微生物脱盐池阴极室作为缓冲液。当水力停留时间为6h时，最终脱盐室淡室的出水中氨氮的浓度为58.2mg/L，对应的回收率为90％，微生物脱盐池一天的产电量大约为4×10-6度。
实施例3
以1L氨氮浓度为375mg/L的人体尿液作为实验样品，进入到为微生物脱盐池的脱盐室内；将打碎的人粪与水按照1.1:1的体积比添加到微生物脱盐池阳极室作为燃料；将0.05mol/L的KH2PO4和0.05mol/L的K2HPO4·3H2O添加到微生物脱盐室阴极室作为缓冲液。当水力停留时间为6h时，最终脱盐室淡室的出水中氨氮的浓度为39mg/L，对应的回收率为92％，微生物脱盐池一天的产电量大约为4×10-6度。
由以上实施例可知，本发明提供了一种氨氮废水的脱氮方法和微生物脱盐池。本发明提供的微生物脱盐池包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室。本发明将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。本发明采用的微生物脱盐池脱氮的方法只需要添加少量的磷酸盐缓冲液即可高效的脱除氨氮。此外，本发明在脱氮的同时还能够回收电化学***中产生的电能。根据实验结果可知，本发明提供的方法对氨氮废水中氨氮的去除率最高可达93％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于氨氮废水脱氮的微生物脱盐池，包括壳体、外电路以及设置在所述壳体内的阳极室、阴极室和脱盐室，所述脱盐室位于阳极室和阴极室中间；
所述脱盐室和阳极室由阴离子交换膜分隔；
所述脱盐室和阴极室由阳离子交换膜分隔；
所述脱盐室内设置有交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜，将脱盐室分成若干个处理室；
所述阳极室中包含阳极电极；
所述阴极室中包含阴极电极；
所述阳极电极和阴极电极通过外电路连接。
2.根据权利要求1所述的微生物脱盐池，其特征在于，所述外电路中串联了至少一个电阻。
3.根据权利要求1所述的微生物脱盐池，其特征在于，所述阴极电极为镀铂量为0.1～1mg/cm2的镀铂碳纸。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的微生物脱盐池，其特征在于，所述阳极室、阴极室和脱盐室的容积之比为2:2:(1～3)。
5.一种使用权利要求1～4任意一项所述微生物脱盐池进行的氨氮废水的脱氮方法，包括如下步骤：
将人粪液加入到接种有厌氧污泥的阳极室内；
将磷酸盐缓冲液加入到阴极室内；
使氨氮废水从脱盐室进入微生物脱盐池内，进行氨氮的脱除。
6.根据权利要求5所述的氨氮废水的脱氮方法，其特征在于，所述人粪液中人粪和水的体积比为(0.8～1.5):1。
7.根据权利要求5所述的氨氮废水的脱氮方法，其特征在于，所述厌氧污泥的接种量为阳极室容积的1～5％。
8.根据权利要求5所述的氨氮废水的脱氮方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲液包含KH2PO4和K2HPO4·3H2O。
9.根据权利要求8所述的氨氮废水的脱氮方法，其特征在于，所述KH2PO4在磷酸盐缓冲液中的浓度为0.05～0.1mol/L。
10.根据权利要求8所述的氨氮废水的脱氮方法，其特征在于，所述K2HPO4·3H2O在磷酸盐缓冲液中的浓度为0.01～0.1mol/L。
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