一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法技术

本发明专利技术是涉及一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法，属于水处理技术领域。高效富集废水中氨氮的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：原水引入；膜组件C连接、流量设定及搅拌；电源连接及电流设定；电极淹没形式以及电极形状、厚度的设定；抽停时间比设定及膜组件C清洗；重新投入运行。该方法能够在单一处理单元中高效富集水中氨氮并分离有机物，克服了现有处理低C/N废水的硝化/反硝化工艺及其变形工艺（如氧化沟、BAF等）反硝化碳源不足和现有NH4+分离富集效率低的缺陷，解决了在电化学处理系统中有机物被氧化，反硝化碳源不足的问题，并且装置结构简单，便于实际操作运行。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是涉及，属于水处理
。高效富集废水中氨氮的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：原水引入；膜组件C连接、流量设定及搅拌；电源连接及电流设定；电极淹没形式以及电极形状、厚度的设定；抽停时间比设定及膜组件C清洗；重新投入运行。该方法能够在单一处理单元中高效富集水中氨氮并分离有机物，克服了现有处理低C/N废水的硝化/反硝化工艺及其变形工艺（如氧化沟、BAF等）反硝化碳源不足和现有NH4+分离富集效率低的缺陷，解决了在电化学处理系统中有机物被氧化，反硝化碳源不足的问题，并且装置结构简单，便于实际操作运行。【专利说明】—种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法
本专利技术属于水处理
，尤其涉及。
技术介绍
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。专利技术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。为此专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，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。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:，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。本专利技术中所述的电极采用板状或者网状铁电极。本专利技术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；(5)抽停时间比设定及膜组件C清洗:出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为10分钟:0-8分钟，操作过程中应使膜组件处于正常压力下，即15kpa，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件C进行清洗。将膜组件C清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的氨氮从出水管流出，被分离有机物从出水口流出，进而实现了氨氮分离。，其原理在于:(1)膜组件组成及工作机理:膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，膜组件C中的超滤膜可以允许水分子透过进入到超滤膜和支撑板之间，透过的水分子通过支撑板的孔洞进入到支撑板和阳离子交换膜之间，使阳离子交换膜两侧均为水溶液，由于阳离子交换膜具有阳离子(如NH4+)选择透过性，NH4+在单位时间内进入到膜组件C中的数量决定了富集效果。(2)电场作用下提高氨氮富集:废水中的NH4+在电场力的作用下向阴极移动，通过阳离子交换膜进入膜组件中得到浓缩富集，而富集效果的好坏取决于单位时间进入膜组件中NH4+的数量，电场强度越大，单位时间内进入膜组件的NH4+数量越多，富集效果越好，而在相同电流下电极的淹没形式和电场强度有直接关系，这是因为当电极露出水面时，整个电极的电阻变大，使得电场强度变大，NH4+在单位时间内进入到膜组件中的数量增加，NH4+富集效果增强。(3)减少有机物的氧化，实现有机物分离:众所周知，电极材料不同电极反应则不同。当采用惰性材料时，在阳极将会电解水产生大量氧化能力强的新生态氧，将有机物氧化，造成反硝化碳源不足。本专利技术以铁作为阳极，主要反应过程如下:阳极反应为:Fe_2e— Fe2+水分子电离:H20— 0Η_+Η+阴极反应:2H++2e— H2 ?溶液中OH-与阳极产生的Fe2+反应:Fe2++20H — Fe (OH) 2，新生成的Fe (OH) 2易被氧化，生成Fe (OH) 3，而Fe (OH) 3能增加污泥的沉降性能，同时阳极产生的Fe2+对带色基团具有很好的脱色效果。由此可见，以铁作为阳极时，有机物并未参与反应被消耗，可维持一个较高浓度，为后续反硝化过程保证了碳源，进而实现有机物分离。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出效果:(1)提高NH4+分离富集效果，注重电极的作用针对生活污水中C/N低、碳源不足的问题，在有机物未被生物分解之前，将有机物与NH4+分离并将NH4+富集，为后续硝化过程消除异养微生物与自养硝化菌的竞争、为反硝化过程提供有效碳源，所以提高氨氮富集效果显得尤为重要。本专利技术为了强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于膜及电极高效富集水中氨氮离子的方法，应用如下装置：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；该方法包括如下步骤：(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，并受时间继电器的控制，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并运行，其搅拌叶片位于膜组件C下部进行搅拌;(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0.05‑0.25A，并保持不变;(4)电极淹没形式的设定：将电极固定在膜组件C两侧，并将电极以淹没深度为20%‑80%放置于反应器内，并保持不变；(5)抽停时间比设定及膜组件C清洗：出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为10分钟:1‑8分钟，运行过程中使膜组件处于正常工作压力，即低于15kpa，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件C进行清洗。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，陈敬，孙凤侠，甘志明，史扬，王修平，谢杭冀，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11