[发明专利]利用微生物燃料电池去除及回收污水中氨氮的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种利用微生物燃料电池去除及回收污水中氨氮的装置及方法。

背景技术

废水处理一直是高能耗的行业。据统计，仅我国每年用于废水处理的耗电量就占全国总发电量的1％，而美国等发达国家更高达3％。而废水除氨氮更是废水处理中重要的一部分。随着能源短缺的日益加剧，节能已经成为废水处理行业急需解决的问题。目前，废水除氨可供选择的方法通常有物理、化学及生物处理法等。物理法有反渗透、蒸馏、氨吹脱、土壤灌溉；化学法有离子交换、折点加氯、含氨副产品生产、焚烧、催化裂解、电渗析、电化学处理；生物法有藻类养殖、生物消化等。虽然许多方法都能在理论上有效地去除氨氮，但仅有少数几种方法能在工程上真正用于含氨氮废水的处理。氨氮废水处理技术的选择主要取决于废水的组成、要求达到的处理效果及经济性。

近年来，由于生物技术的不断发展，污水的生物处理成为了污水处理领域的主要技术，得到了研究者的广泛重视。由于微生物燃料电池高效、清洁、环保的优势，利用微生物燃料电池技术处理含氨氮废水也将快速发展。

因此为实现废水中氨氮去除，同时回收电能及氨氮、实现资源的有效利用，我们利用传统微生物燃料电池的方式，来实现氨氮去除，同时回收能量和氨氮，为拓展传统水处理方式和微生物燃料电池提供了新的思路。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种利用微生物燃料电池去除及回收污水中氨氮的装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置去除及回收污水中氨氮的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种利用微生物燃料电池去除及回收污水中氨氮的装置，由双室微生物燃料电池装置和氨气回收装置组成，双室微生物燃料电池装置包括阳极室和阴极室，阳极室和阴极室通过阳离子交换膜分隔开，阳极室设置电池阳极加液口和阳极电极，阴极室设置曝气装置、氨气出口和阴极电极，曝气装置设置在阴极室底部，阳极电极和阴极电极通过外电路连接，外电路设置负载电阻和电路开关；氨气回收装置与阴极室的氨气出口相连。

所述的阳极电极和阴极电极的材料优选碳纸、碳布、石墨毡、不锈钢网或泡沫镍；更优选经过预处理的石墨毡，所述的预处理方法为将石墨毡置于质量分数为10％的双氧水溶液中，在温度为90℃条件下水浴煮2h，接着用去离子水在同一温度下水浴煮2h，再用烘箱烘干。

所述的负载电阻的电阻值优选50Ω～1000Ω。

一种利用上述装置去除及回收污水中氨氮的方法，包括以下操作步骤：

向阳极室接种经过驯化的产电混合菌液，加入乙酸钠作为电子供体，用pH为7.0的磷酸盐缓冲溶液与培养液加满阳极室；阴极室加入含一定浓度氨氮的污水，并通过曝气装置通入空气；氨气回收装置中加入0.1mol L^-1的H₂SO₄，然后闭合电路开关连通外电路，微生物燃料电池运行启动，阴极室的氨氮转化为气态的氨气从污水中去除并被氨气回收装置回收。

所述的产电混合菌取自废水处理好氧池的活性污泥，所述的驯化是指在30℃恒温恒湿培养箱中，用20mmol L^-1的乙酸钠进行驯化。

所述乙酸钠的浓度优选为20mmol L^-1。

所述的培养液成分包括1.0g L^-1NaHCO₃、0.10g L^-1FeSO₄、0.10g L^-1KCl、0.015g L^-1CaCl₂、0.25g L^-1NH₄Cl、10mL L^-1矿物质溶液和10mL L^-1维他命。