[发明专利]一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法。

背景技术

C/N是硝化反硝化过程的重要影响因素。理论上，在反硝化过程中化学计量上所需要的C/N为2.86，但报道的反硝化工艺系统中需要的C/N远大于2.86，甚至达到11以上。在废水处理时，实际运行的硝化/反硝化工艺及其变型工艺（如氧化沟工艺、SBR工艺、BAF工艺等），常因碳源不足投加有机碳源或开发新碳源，从而提高C/N达到反硝化效果，这无形中增加了运行成本，而且，在电化学系统中，有机物并没有全部用于反硝化脱氮过程，这也造成了反硝化碳源不足的问题，使脱氮效果不佳。

发明人在进行生物脱氮研究时发现，若将废水中的NH₄⁺和有机物分别进行富集和分离，并将富集的NH₄⁺和分离出来的有机物分别用于后续硝化和反硝化过程，则可有效利用碳源实现高效生物脱氮，然而若分离富集效率低，氨氮和有机物不能有效分离，反硝化脱氮效率将降低，因此为达到较好的脱氮效率，需提高氨氮富集效果，提高氨氮富集效果和有机物的有效分离对于脱氮效率起着至关重要的作用。为此发明人在进行实验时发现，富集效果的好坏与电极淹没百分比（电极淹没深度/露出水面高度）有很大关系，需进行进一步研究。

目前，NH₄⁺分离富集的方法主要有吸附与离子交换法、膜吸收法以及电渗析等方法。吸附与离子交换法（如沸石、离子交换树脂），可以分离浓缩NH₄⁺，但存在吸附容量有限，往往吸附效率低。化学再生易造成二次污染等问题，所以目前沸石法脱氮主要针对微污染河道水、景观水、二沉池出水等含氮不高的水体。电渗析法常被用于养猪废水的NH₄⁺富集，该方法具有低能耗、效率高的优点，但是无法实现有机物与NH₄⁺分离。同时在电化学生物处理工艺中，常因电极电解水生成的新生态氧氧化有机物而导致碳源不足，无法满足后续反硝化过程对C/N的要求。因此，提高氨氮富集和有机物分离效率对于脱氮效果至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有处理废水的硝化/反硝化工艺及其变型工艺（如氧化沟、BAF等）处理低C/N废水反硝化碳源不足的问题，和现有NH₄⁺分离富集方法的不足和缺陷，以及电化学系统的电解产物氧化有机物导致碳源减少问题，提供了一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法，该方法能够充分分离有机物并富集氨氮，使出水氨氮得到浓缩，有机物得到分离，进而实现了对氨氮的富集和有机物分离，且该装置为单一处理装置，结构简单，易于操作运行。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器，放置在氨氮分离器内的膜组件C、电极和搅拌器，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，出水管，出水口，电源，导线，时间继电器；膜组件C的出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；搅拌器叶片位于膜组件C下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件C两侧；出水口位于氨氮分离器上部；进水泵接进水管，进水管末端位于氨氮分离器内，且靠近氨氮分离器底部；膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别设置在支撑板两侧。

本发明中所述的电极采用板状或者网状铁电极。

本发明提供了一种利用上述装置的氨氮富集、有机物分离方法，其步骤包括：

（1）原水引入：原水经进水泵增压后，进入氨氮分离器中；

（2）膜组件C连接、流量设定及搅拌：将膜组件C浸没于氨氮分离器中，其出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器控制，打开出水蠕动泵，调整流量为1.2-3.9ml/min，经出水管出水。同时，将搅拌器放入氨氮分离器中膜组件C下部进行微搅，防止氧气过多溶入废水中氧化有机物；

（3）电源连接及电流设定：将电极的两极经导线分别与电源相连，并将阳极正对阳离子交换膜，阴极正对超滤膜，打开电源，调整到电流为0-0.25A，并保持不变；

（4）电极淹没形式以及电极形状的设定：将板状或网状厚度不同的电极固定在膜组件C两侧，并将电极以20%-100%等不同淹没深度放置于反应器内，并保持不变；