一种基于胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水的方法

本发明涉及一种基于胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水的方法，属于污水处理。

背景技术：

1、氨氮、亚硝态氮和硝态氮是水体中常见的无机氮素。水体中的氮素污染源主要来自生活污水和工业废水的排放以及农业生产中氮肥的流失。城镇生活污水的氮素主要来自排泄物、食品废物和各类洗涤剂等，因其排放量较大易导致水体中含氮污染物逐年增加。食品加工业、化肥生产企业、化工业等工业废水中也含有大量氮素。大量残留在土壤中的氮肥进入水体，也会导致流域水体污染情况日益严重。

2、水体中氮素的增加严重破坏了生态系统原有的结构。水生生态系统接纳过量的氮会引发水体富营养化，使藻类等水生植物大量繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，进而导致水生动植物死亡，最终造成水生生态系统功能失衡。同时，过量氮素排放到水体后会导致氢离子浓度增加，引起水体酸化。水体酸化使水生生物尤其是无脊椎动物和鱼类生存受到严重影响。

3、厌氧氨氧化(anammox)过程去除废水中的氮具有能耗少、成本低、污泥产量少等优点。anammox以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体，可将含氮物质直接转换为氮气(n2)。这一过程需要氨氮和亚硝酸盐氮的共同参与，然而市政污水和许多工业废水中的氮素污染物通常以氨氮的形式存在，亚硝酸盐需要在其它处理过程中产生。故当前在利用厌氧氨氧化过程处理含氮废水时需要耦合其他工艺产生亚硝酸盐来参与反应。因为亚硝酸盐是硝化的中间体，也是反硝化的反应物，实际应用中厌氧氨氧化工艺可协同短程硝化、短程反硝化等生物过程稳定供应电子受体。但短程硝化过程难以稳定实现，短程反硝化也缺少实际应用案例，目前，亚硝酸盐的稳定供应依然是厌氧氨氧化工艺运行的瓶颈。目前还没有利用厌氧氨氧化过程在无亚硝酸盐条件下去除氨氮的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，尤其是厌氧氨氧化过程受限于亚硝酸盐稳定供应的问题，本发明提供一种基于胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水的方法。

2、发明概述：

3、本发明利用anammox菌的胞外呼吸能力，通过将微生物电解池阳极作为胞外电子受体，构建胞外电子传递型厌氧氨氧化体系，进而打破厌氧氨氧化过程对亚硝酸盐的依赖，实现无氧、无亚硝酸盐条件下氨氮的高效去除，既简化工艺流程，又降低了能耗。反应器运行期间，进水为氨氮废水，保持温度、ph稳定，最终实现稳定的氨氮去除。本发明的方法成功实现了无亚硝酸盐供应的条件下，anammox过程将氨氮转化为氮气，实现了氨氮的有效去除。

4、术语说明：

5、厌氧氨氧化：即anammox菌在无氧条件下以nh4+为电子供体，no2-为电子受体，将nh4+氧化为n2的过程，反应式为：

6、nh4++1.32no2-+0.066hco3-→1.02n2+0.066ch2o0.5n0.15+0.26no3-+2.03h2o

7、胞外电子传递型厌氧氨氧化体系：即anammox菌在无氧条件下以nh4+为电子供体，胞外不可溶固体为电子受体，将nh4+氧化为n2的过程。

8、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

9、一种基于胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水的方法，包括步骤如下：

10、(1)将厌氧氨氧化颗粒污泥用清水清洗后，接种至生物反应器中，接种的厌氧氨氧化颗粒污泥体积为反应器有效体积的1/3～1/5；

11、(2)向生物反应器内通入氨氮废水，控制进水流速，反应器连续进水，使废水在生物反应器内水力停留时间为12-72h，反应器内ph保持在7.1±0.1，控制反应器温度为22-24℃，定期进行曝氮气；

12、(3)运行过程中，采用碳毡作为阳极，采用铂网作为阴极，饱和氯化银电极为参比电极，组成三电极体系，通过电化学工作站向反应体系施加电压，实现胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水。

13、根据本发明优选的，步骤(1)中，所述的生物反应器，包括：反应器本体，反应器本体外侧设置有水浴夹层，反应器本体侧壁设置有出水口、出气口、进水口、取样口和曝气口，水浴夹层的外侧壁设置有水浴进口和水浴出口，在反应器本体内部的设置有碳毡工作电极、铂网电极、参比电极，碳毡工作电极、铂网电极、参比电极外接电化学工作站。,

14、根据本发明优选的，位于反应器本体底部的进水口通过外部的蠕动泵与水桶连接，蠕动泵控制进水流速。

15、根据本发明优选的，位于反应器本体顶部的加药口与外部的在线ph控制仪连接，实时监测并调控ph。

16、根据本发明优选的，水浴夹层的外侧壁设置有水浴进口与潜水泵连接，通过水泵将水引入反应器水浴夹层。

17、根据本发明优选的，位于反应器本体侧壁的曝气口与气瓶连接，反应器主体的底部设置有曝气盘，曝气盘和曝气口连通。

18、根据本发明优选的，步骤(2)中，间隔进行曝气为用99.9％的纯氮气曝气30min，之后每隔24h曝气30min。

19、根据本发明优选的，步骤(3)中，施加的电压大小为0.1-1v(vs ag/agcl)。

20、进一步优选的，步骤(3)中，施加的电压大小为0.4–0.8v(vs ag/agcl)。

21、根据本发明优选的，步骤(3)中，开始启动反应器运行时，通过电化学工作站向反应体系施加电压。

22、本发明与现有技术相比具有以下优点：

23、1、本发明中，本发明通过将微生物电解池阳极作为胞外电子受体，构建了胞外电子传递型厌氧氨氧化体系，进而打破厌氧氨氧化过程对亚硝酸盐的依赖，实现无亚硝酸盐条件下氨氮的直接去除。

24、2、本发明利用anammox菌的胞外呼吸能力，通过将微生物电解池阳极作为胞外电子受体，构建胞外电子传递型厌氧氨氧化体系，进而打破厌氧氨氧化过程对亚硝酸盐的依赖，实现无氧、无亚硝酸盐条件下氨氮的高效去除，既简化工艺流程，又降低了能耗成功实现了无亚硝酸盐供应的条件下，anammox过程将氨氮转化为氮气，实现了氨氮的有效去除。

25、3、本发明的方法运行费用低，电化学工作站的耗能低，经济持久，对环境安全无害，便于工程应用。

技术特征：

1.一种基于胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水的方法，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的生物反应器，包括：反应器本体，反应器本体外侧设置有水浴夹层，反应器本体侧壁设置有出水口、出气口、进水口、取样口和曝气口，水浴夹层的外侧壁设置有水浴进口和水浴出口，在反应器本体内部的设置有碳毡工作电极、铂网电极、参比电极，碳毡工作电极、铂网电极、参比电极外接电化学工作站。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，位位于反应器本体底部的进水口通过外部的蠕动泵与水桶连接，蠕动泵控制进水流速，位于反应器本体顶部的加药口与外部的在线ph控制仪连接，实时监测并调控ph。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水浴夹层的外侧壁设置有水浴进口与潜水泵连接，通过水泵将水引入反应器水浴夹层，位于反应器本体侧壁的曝气口与气瓶连接，反应器主体的底部设置有曝气盘，曝气盘和曝气口连通。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，间隔进行曝气为用99.9％的纯氮气曝气30min，之后每隔24h曝气30min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，施加的电压大小为0.1-1v(vsag/agcl)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，施加的电压大小为0.4–0.8v(vs ag/agcl)。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，开始启动反应器运行时，通过电化学工作站向反应体系施加电压。

技术总结
本发明涉及一种基于胞外电子传递型厌氧氨氧化处理氨氮废水的方法，本发明利用Anammox菌的胞外呼吸能力，通过将微生物电解池阳极作为胞外电子受体，构建胞外电子传递型厌氧氨氧化体系，进而打破厌氧氨氧化过程对亚硝酸盐的依赖，实现无氧、无亚硝酸盐条件下氨氮的高效去除，既简化工艺流程，又降低了能耗。反应器运行期间，进水为氨氮废水，保持温度、pH稳定，最终实现稳定的氨氮去除。本发明的方法成功实现了无亚硝酸盐供应的条件下，Anammox过程将氨氮转化为氮气，实现了氨氮的有效去除。

技术研发人员：倪寿清,周静,王志彬,谢里夫·伊斯梅尔,赵逸昳,孙晓洁
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14