申请日2017.09.21
公开(公告)日2018.01.23
IPC分类号C02F9/14; C02F103/18
摘要
本发明涉及脱硝废水处理领域，旨在提供一种电厂臭氧氧化脱硝废水的无钙化结垢生物处理方法。包括：向电厂臭氧氧化脱硝废水废水中加入给电子体并混匀，使其与硝酸根离子的质量浓度相等;继续加入阻垢剂并混匀;以任意方式培养得到具有反硝化能力的微生物燃料电池，加入混合废水中并在开路或者闭路条件下运行;待运行液中的硝酸根离子浓度达到排放标准后停止运行并排出废水。本发明将生物处理法引入了废水的处理中，可高效无污染的降解硝酸根离子;阻垢剂结合系统生物电化学作用抑制钙化，提高系统稳定性，延长系统寿命;提供了生物和生物电化学两种降解模式;可在高盐度条件下降解高浓度的硝酸根离子，低能耗地脱除废水中的高浓度硝酸根离子。
权利要求书
1.一种电厂臭氧氧化脱硝废水的无钙化结垢生物处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取电厂臭氧氧化脱硝废水，测定其硝酸根离子的质量浓度;向废水中加入给电子体并混匀，使给电子体与硝酸根离子的质量浓度相等;继续加入阻垢剂并混匀，使阻垢剂在混合废水中的质量浓度为20mg/L;
所述给电子体是乙酸钠、乙酸、甲醇或葡萄糖，所述阻垢剂聚天冬氨酸或聚环氧琥珀酸;
(2)以任意方式培养得到具有反硝化能力的微生物燃料电池，然后将前一步骤所得的混合废水加入其中，并在开路或者闭路条件下运行燃料电池;
每隔1小时在燃料电池中取样测定运行液中的硝酸根离子浓度，待达到排放标准后停止运行并排出废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电厂臭氧氧化脱硝废水中，硝酸根离子的质量浓度小于10000mg/L，Cl-的质量浓度小于15000mg/L，SO42-的质量浓度小于10000mg/L，Ca2+的质量浓度小于6000mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物燃料电池具有下述任意一种结构形式：单室、双室、单阴极、双阴极、空气阴极或生物阴极。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物燃料电池在开路运行时是挂膜生物降解运行模式，在闭路运行时是生物电化学降解模式。
说明书
一种电厂臭氧氧化脱硝废水的无钙化结垢生物处理方法
技术领域
本发明属于脱硝废水处理领域，具体涉及一种电厂臭氧氧化脱硝废水的无钙化结垢生物处理方法。
背景技术
NOx是大气的主要污染物之一，且随着工业废气的排放，其含量日益升高。矿物燃料燃烧是人类排放的NOx的主要来源，而火力发电厂是矿物燃料燃烧的主要场所，因此控制火力发电厂的NOx排放是控制NOx排放的重要组成部分。
火力发电厂脱硝方法主要有还原法和氧化吸收法两类。还原法工作温度窗口较窄，且需要使用催化剂，但恶劣的工作环境容易使催化剂失活。而氧化吸收法常用的氧化剂包含化学氧化剂和自由基，但常见的化学氧化剂存在pH调控、反应产物复杂、易腐蚀设备等问题，而O、OH、HO2等自由基存活时间短，且会与烟气中的N2、CO2反应，使其能耗大大增加。臭氧作为自由基的一种在电子束、脉冲等离子体放电中广泛存在，且生存周期相对较长，所以将少量空气或氧气首先电离生成臭氧，然后送入锅炉烟道，就可大大降低系统的电耗。
臭氧氧化法也是通过将NO氧化成易溶解的N2O5，再用液体吸收达到脱除烟气中的NOX的目的，但采用臭氧氧化法会产生高硝氮浓度的吸收液需要对吸收液进行再生处理。而且该吸收液含有高浓度的钙离子、硫酸根离子、氯离子，所以其电导率较高。目前对该种吸收液还没有有效的处理方式。
含氮废水的常见处理方法主要有物理化学法和生物法。常见的物理化学法有吹脱法、反渗透法(RO)、离子交换法(IE)、电渗析法(ED)、化学沉淀法等。但这些方法都只是将含氮污染物富集和转移，并没有将其降解，富集和转移后的含氮物质仍然没有办法降解。生物法是利用利用微生物的催化作用促使硝氮向N2转化。生物法具有资运行成本低、能耗低、设备简单、无二次污染等特点，被认为是最具有应用前景的一种处理方法。但在高钙废水中，生物法处理时会出现钙化现象，影响系统的寿命及稳定性。所以必须对该问题加以解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种电厂臭氧氧化脱硝废水的无钙化结垢生物处理方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案如下：
提供一种电厂臭氧氧化脱硝废水的无钙化结垢生物处理方法，包括以下步骤：
(1)取电厂臭氧氧化脱硝废水，测定其硝酸根离子的质量浓度;向废水中加入给电子体并混匀，使给电子体与硝酸根离子的质量浓度相等;继续加入阻垢剂并混匀，使阻垢剂在混合废水中的质量浓度为20mg/L;
所述给电子体是乙酸钠、乙酸、甲醇或葡萄糖，所述阻垢剂聚天冬氨酸或聚环氧琥珀酸;
(2)以任意方式培养得到具有反硝化能力的微生物燃料电池，然后将前一步骤所得的混合废水加入其中，并在开路或者闭路条件下运行燃料电池;
每隔1小时在燃料电池中取样测定运行液中的硝酸根离子浓度，待达到排放标准后停止运行并排出废水。
本发明中，在所述电厂臭氧氧化脱硝废水中，硝酸根离子的质量浓度小于10000mg/L，Cl-的质量浓度小于15000mg/L，SO42-的质量浓度小于10000mg/L，Ca2+的质量浓度小于6000mg/L。
本发明中，所述微生物燃料电池具有下述任意一种结构形式：单室、双室、单阴极、双阴极、空气阴极或生物阴极。
本发明中，所述微生物燃料电池在开路运行时是挂膜生物降解运行模式，在闭路运行时是生物电化学降解模式。
发明原理描述：
本发明以反硝化微生物作为催化剂降解硝酸根离子，所选用的微生物是培养成熟的在微生物燃料电池中形成稳定生物膜的反硝化微生物群落。在反应器内，硝酸根离子发生如下反应：2NO3-+10e-+12H+---→N2+6H2O，其中所需要的电子由微生物分解乙酸钠提供。当微生物燃料电池在开路下运行时，就等同于一个挂膜生物反应器，进行的是纯生物的降解，闭路时则时生物电化学反应器，由生物作用和电化学作用协同降解。
由于含碳基质在分解时会产生CO2，这部分CO2溶解在溶液中形成CO32-，并与Ca2+结合生成CaCO3沉淀，覆盖在电极及微生物表面，影响微生物的代谢及其对硝氮的催化分解效果。加入阻垢剂聚天冬氨酸(PASP)或聚环氧琥珀酸(PESA)，一方面可以附着、混杂在钙垢晶格表面从而滋扰了钙垢的结晶，使钙垢晶体发生变态或使大晶体内部的应变急升，从而提高晶体破裂几率，阻制了垢的进一步生长;另一方面可以利用带同种电荷的离子间的静电排斥作用，避免了小颗粒之间相互吸引凝聚并长大，从而实现颗粒的分散增溶作用。所以，在加入阻垢剂后可以有效缓解结垢，促使硝氮的分解能快速的进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明将生物处理法引入了电厂臭氧氧化脱硝废水的处理中，可以高效无污染的降解硝酸根离子，而不是将其富集转移;
2、加入了阻垢剂结合系统生物电化学作用抑制钙化，提高系统稳定性，延长系统寿命;
3、提供了生物和生物电化学两种降解模式;可在高盐度条件下降解高浓度的硝酸根离子，低能耗地脱除废水中的高浓度硝酸根离子。