CN111087071B - 用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法 - Google Patents
用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法。它包括依次连接的短程硝化池、微生物电解池阴极室和微生物电解池阳极室；短程硝化池上设有进水口和出水口a，其出水口a通过连接管道与微生物电解池阴极室的入口相连接；微生物电解池阴极室的内部设有阴极电极，阴极电极通过导线与电化学工作站负极连接；微生物电解池阳极室的顶部设有集气罩，下部设有进药口，内部设有阳极电极；集气罩上连接有收集管，以与收集装置连接；阳极电极通过导线与电化学工作站正极连接；微生物电解池阴极室与微生物电解池阳极室相连通，连接处设有阴离子交换膜。本发明解决了污水生物处理过程N2O转化率不高和以N2O为终产物的功能菌株实际应用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法，属于污水生物处理技术领域。
背景技术
一氧化二氮(N2O)是一种温室气体，在废水生物脱氮过程中N2O主要通过硝酸盐→亚硝酸盐→NO→N2O的反硝化环节产生。但是，N2O也是一种高效清洁的能源气体，它在燃烧过程中分解成N2与O2，不会生成二次污染物，且相比于O2作为氧化剂的燃烧过程可以释放更多的热量，因此可作为助燃剂与制氧剂使用。因此，在废水生物反硝化过程中，如能控制生成到N2O的这一步，可以回收N2O能源气体，实现废水中含氮有机物转化为清洁能源气体的目的。
目前，从废水处理过程中产生和回收N2O的方法有利用高浓度亚硝酸盐来抑制氧化亚氮还原酶的活性、无氧化亚氮还原酶的AOB的同时硝化反硝化作用和间歇式好氧缺氧耦合脱氮工艺(CANDO)工艺。其中，发明专利(CN201310357185.7)提供了一种强化N2O产生的装置和控制方法，利用高浓度亚硝酸盐抑制氧化亚氮还原酶的活性，使得反硝化过程中更多的亚硝态氮转化为N2O，随后通过曝气的方式将N2O顶空收集，最终N2O积累率在15-60％间。但是，该方法的N2O积累率不稳定，通过曝气方式将N2O顶空会使得回收的N2O浓度较低，并且其实施例针对的是居民生活区化粪池污水，氨氮浓度较低，不适合N2O的大量回收。发明专利(CN201310743142.2)提供了一种实现污泥消化液短程硝化过程中N2O产生与利用的方法，使用短程硝化颗粒污泥处理污泥消化液，在高溶解氧浓度条件下，AOB会在短程硝化颗粒污泥表面大量消耗溶解氧作为电子受体来氧化高浓度氨氮为亚硝酸盐，高浓度亚硝酸盐会抑制反硝化菌氧化亚氮还原酶的活性，另一方面颗粒污泥内部会形成微观厌氧环境，在无氧化亚氮还原酶的AOB的作用下将亚硝态氮反硝化成N2O，实现N2O的积累，最终N2O的释放量占氨氮氧化量的15-30％。该方法所达到的N2O转化率不高，由于有控制溶解氧的步骤需要曝气，N2O回收的实际浓度会更低。发明专利(CN201710127743.9)公开了一种强化N2O产生并回收利用的污水生物脱氮方法和装置，其主要发明点是运用间歇式好氧缺氧耦合脱氮工艺，通过调整运行工艺参数使得碳源以PHB的形式缓慢的提供反硝化碳源，实现N2O的积累。该方法在实际运行过程中操作复杂，控制条件苛刻，不适用于实际废水高效产N2O。
污水生物处理过程中将硝态氮或者亚硝态氮完全转化为N2O，需要切断N2O转化为N2的途径。发明专利(CN201711100403.3)公布了一种以N2O为终产物的反硝化细菌，该类反硝化细菌在SBR反应器内以特定运行工艺参数(如曝氮气、低C/N比)驯化得到，但是该类反硝化细菌能否在处理实际废水的工艺条件下成为优势菌种尚不明确，该类细菌一旦不能成为优势菌种，其反硝化产生的N2O将继续被普通的反硝化细菌利用还原成N2。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置及方法，本发明解决了污水生物处理过程N2O转化率不高和以N2O为终产物的功能菌株实际应用的问题。
本发明提供的一种用于从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学装置，包括依次连接的短程硝化池、微生物电解池阴极室和微生物电解池阳极室；
所述短程硝化池上设有进水口和出水口a，其出水口a通过连接管道与所述微生物电解池阴极室的入口相连接；
所述微生物电解池阴极室的内部设有阴极电极，所述阴极电极通过导线与电化学工作站负极连接；
所述微生物电解池阳极室的顶部设有集气罩，下部设有进药口，内部设有阳极电极；所述集气罩上连接有收集管，以与收集装置连接；所述阳极电极通过导线与所述电化学工作站正极连接；
所述微生物电解池阴极室与所述微生物电解池阳极室相连通，连接处设有阴离子交换膜。
上述的微生物电化学装置中，所述短程硝化池接种污水处理厂好氧池的活性污泥；
所述微生物电解池阳极室接种nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株。
上述的微生物电化学装置中，所述短程硝化池的内部设有曝气装置。
上述的微生物电化学装置中，所述短程硝化池上设有监控其内部温度的温控装置、监控其内部溶解氧的溶解氧在线监测系统和监控其内部pH值的pH在线监测系统中的至少一种。
上述的微生物电化学装置中，所述短程硝化池的内部设有搅拌装置a，用于保证池内物质的均匀分布。
上述的微生物电化学装置中，所述微生物电解池阴极室内部设有搅拌装置b，用于保证其内物质的均匀分布。
上述的微生物电化学装置中，所述微生物电解池阳极室内部设有搅拌装置c，用于保证其内物质的均匀分布。
上述的微生物电化学装置中，所述微生物电解池阴极室的上部设有出水口b，起溢流作用。
所述微生物电解池阳极室的上部设有出水口c，起溢流作用。
本发明中，所述微生物电解池阳极室设有集气罩及收集管，用于收集生物处理过程产生的气态N2O。
本发明还提供了一种采用上述的微生物电化学装置从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学方法，包括如下步骤：1)将含氮废水由所述短程硝化池的进水口进入，在所述短程硝化池内进行硝化反应，得到短程硝化出水；
2)所述短程硝化出水通过所述连接管道进入所述微生物电解池阴极室内，所述微生物电解池阳极室接种nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株，且所述进药口通入碳源，通过所述电化学工作站控制进行电解反应，通过所述微生物电解池阳极室的集气罩和与其连接的收集管收集产生气态N2O，即实现收集生物处理过程产生的气态N2O。
上述的微生物电化学方法中，所述短程硝化池接种污水处理厂好氧池的活性污泥进行所述反硝化反应；
所述反硝化反应时间可为44～52h，具体可为48h、44～48h、48～52h或46～50h，温度在30～31℃；
所述电解反应的时间可为44～52h，具体可为48h、44～48h、48～52h或46～50h；
所述微生物电解池阳极室的C/N为4.5～5；所述碳源为乙酸钠，具体使用的为灭菌乙酸钠。
上述的微生物电化学方法中，所述短程硝化池内的溶解氧浓度为0.1～0.5mg/L；
所述短程硝化池内的搅拌速率可为150～250r/min，具体可为200r/min；pH值为8.5～8.7；具体以0.1mol/L的氢氧化钠溶液为调节剂控制池内的pH值为上述数据；
所述微生物电解池阴极室和所述微生物电解池阳极室的搅拌速率均可为50～100r/min，具体可为50r/min；
上述的微生物电化学方法中，步骤2)之后还包括将从所述微生物电解池阳极室的出水口c排除的废水进行净化处理的步骤。
本发明具有以下优点：
1.相比于传统的短程脱氮回收N2O工艺，本发明可以减少接种nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1功能菌株被其他反硝化菌占据优势地位的风险，能获得更高效率更稳定的回收N2O效果。
2.本发明的功能菌株在反应体系内丰度很高，从而增加了碳源的利用率，可以减少实际工程中的碳源投加量，减少成本。
3.利用微生物电解池的外加电势，以加快亚硝酸根离子的传质速率，与nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株的反硝化作用协同，从而提高脱氮效率进而提高N2O的产率。
附图说明
图1为本发明中用于从含氮废水中高效产生并回收N2O的微生物电化学装置的结构示意图。
图中各个标记如下：
1进水口；2连接管道；3微生物电解池阴极室出水口；4连续进药口；5微生物电解池阳极室出水口；6曝气装置；7短程硝化池搅拌装置；8短程硝化池温控设备；9DO在线监测设备；10pH在线监测设备；11微生物电解池阴极室温控设备；12微生物电解池阴极室搅拌装置；13微生物电解池阴极电极；14微生物电解池阴极导线；15微生物电解池阳极室搅拌装置；16微生物电解池阳极电极；17集气罩；18微生物电解池阳极导线；19微生物电解池阳极室温控设备；20收集管；21阴离子交换膜；22短程硝化池；23微生物电解池阴极室；24微生物电解池阳极室。
图2为本发明实施例2与对比例实验数据对比结果图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株(nosZ-deletion mutant of Pseudomonas aeruginosa PAO1)来源于文献Significantenhancement of nitrous oxide energy yields from wastewater achieved bybioaugmentation with a recombinant strain of Pseudomonas aeruginosa，(2018)8:11916。
实施例1、一种用于从含氮废水中高效产生并回收N2O的微生物电化学装置
如图1所示，一种用于从含氮废水中高效产生并回收N2O的微生物电化学装置，沿含氮物质转化方向依次设有短程硝化池22、微生物电解池阴极室23、微生物电解池阳极室24，其中，含氨氮废水经过进水口1进入短程硝化池22，停留48h后水中氨氮转化为亚硝氮，再由管道2溢流进入微生物电解池阴极室23，停留24h后由微生物电解池阴极室出水口3溢流排出，其间亚硝氮在阴极电极13(通过微生物电解池阴极导线14与电化学工作站负极连接)和阳极电极16(通过微生物电解池阳极导线18与电化学工作站负极连接)的作用下进入微生物电解池阳极室24，经过nosZ基因敲除菌的反硝化作用转化为N2O，通过集气罩17与收集管20收集回收。另外，在短程硝化池22、微生物电解池阴极室23、微生物电解池阳极室24分别设有搅拌装置7、12、15以及温控设备8、11、19，短程硝化池还设有DO在线监测设备9和pH在线监测设备10以及曝气装置6，微生物电解池阴极室23设有连续进药口4用于持续提供碳源，出水随溢流经微生物电解池阳极室24出水口5排出，微生物电解池阴极室23与微生物电解池阳极室24由阴离子交换膜隔开21。
含氨氮废水由短程硝化池22下部的进水口1进入短程硝化池22，停留时间为48h，短程硝化池22内设有曝气装置6与DO在线监测设备9，用于控制废水中溶解氧浓度为0.1～0.5mg/L，短程硝化池22内有短程硝化池搅拌装置7，用于保持污泥与废水均匀接触，控制搅拌速率为200r/min，短程硝化池22内设有pH在线监测设备，使用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH在8.5-8.7之间，短程硝化池22内设有温控装置，控制温度在30-31℃之间，上述设置条件均为硝化细菌(AOB)的最适硝化条件，而不利于亚硝化细菌(NOB)生长，由此将NH4 +更多的氧化成NO2 -而不是NO3 -，以此来减少不必要的曝气能耗。短程硝化池22的废水经连接管2溢流进入微生物电解池阴极室23，停留时间为48h，微生物电解池阴极室23与微生物电解池阳极室24分别设有微生物电解池阴极室搅拌装置12于微生物电解池阳极室搅拌装置15，搅拌速率设置为50r/min来保证池中水体离子浓度分布均匀和传质速率稳定，微生物电解池阴极室和微生物电解池阳极室分别设有微生物电解池阴极室温控设备11和微生物电解池阳极室温控设备19，控制温度在30℃左右保证细菌最高效的反硝化速率，在微生物电解池阴极室内NO2 -通过微生物电解池阴极14电极13与微生物电解池阳极18电极16的电势下透过阴离子交换膜21进入阳极室，被nosZ基因敲除菌反硝化作用还原为N2O。微生物电解池阳极室24富集有大量nosZ基因敲除菌，在阴离子交换膜21的隔离作用下，可以纯化培养不受外界细菌的影响，从而可以将阴极室传递过来的NO2 -大量转化为N2O，再由集气罩17与收集管20回收利用，通过连续进药口4不断提供乙酸钠来维持C/N再4.5-5之间保证微生物阳极室24内的细菌能高效反硝化，过多的菌液有微生物电解池阳极室出水口5排除以维持体系平衡。
实施例2、
以某垃圾焚烧厂的垃圾焚烧渗沥液厌氧处理出水为例，进水水质为：COD浓度2500mg/L，BOD5浓度1200mg/L，NH4 +-N浓度1000～1200mg/L，pH 8.3左右。所选择地短程硝化池2L，微生物电解池阴极室与阳极室均为1L，短程硝化池接种某污水处理厂好氧池的活性污泥，池内污泥浓度维持在3000mg/L，污泥龄维持在15d，短程硝化池溶解氧维持在0.1-0.5mg/L。微生物电解池阳极接种nosZ基因缺失菌株Pseudomonas aeruginosa PAO1 50mL，电解池两室温度控制在30℃。
具体操作步骤如下：
(1)反应器接种：短程硝化池接种某污水处理厂好氧池的活性污泥，污泥浓度维持在3000mg/L，微生物电解池阳极室接种活化培养的nosZ基因缺失菌株Pseudomonasaeruginosa PAO1(OD600在0.8左右)50mL；
(2)反应器参数控制：短程硝化池控制溶解氧在0.1-0.5mg/L之间，pH控制在8.5-8.7之间，运行温度控制在30-31℃之间；微生物电解池阴极室与阳极室运行温度控制在30℃；
(3)反应器运行：以梯度浓度进水驯化各反应池内微生物，微生物阳极室通过连续进乙酸钠作为反硝化作用的电子供体，保证NO2 -完全转化为N2O。
试验结果表明，经过梯度浓度进水的方式对各反应池内微生物驯化后，反应装置运行稳定，短程硝化池内95％以上的NH4 +-N转化为了NO2 --N，微生物电解池阴极室内90％以上的NO2 --N传递进微生物电解池阳极室，脱氮负荷达到500mgN/(L·d)，99％的这部分NO2 --N被nosZ基因缺失菌株Pseudomonas aeruginosa PAO1转化为了N2O，其中气态N2O占比85％以上。在实现了高效脱氮的同时对N2O也有极大效率回收。
实施例3、
以某污水处理厂的A2O工艺厌氧出水为例，进水水质为：COD浓度500mg/L,BOD5浓度200mg/L，NH4 +-N浓度120mg/L，pH 8.3左右。所选择地短程硝化池4L，微生物电解池阴极室与阳极室均为2L，短程硝化池接种某污水处理厂好氧池活性污泥，池内污泥浓度维持再2500mg/L，污泥龄维持在25d，短程硝化池溶解氧维持在0.1-0.5mg/L。微生物电解池阳极接种nosZ基因缺失菌株Pseudomonas aeruginosa PAO1100mL，电解池两室温度控制在30℃。
具体操作步骤如下：
(1)反应器接种：短程硝化池接种某污水处理厂好氧池活性污泥，污泥浓度维持在2500mg/L，微生物电解池阳极室接种活化培养的nosZ基因缺失菌株Pseudomonasaeruginosa PAO1(OD600在0.8左右)100mL；
(2)反应器参数控制：短程硝化池控制溶解氧在0.1-0.5mg/L之间，pH控制在8.5-8.7之间，运行温度控制在30-31℃之间；微生物电解池阴极室与阳极室运行温度控制在30℃；
(3)反应器运行：以梯度浓度进水驯化各反应池内微生物，微生物阳极室通过连续进乙酸钠作为反硝化作用的电子供体，保证NO2 -完全转化为N2O。
试验结果表明，经过梯度浓度进水的方式对各反应池内微生物驯化后，反应装置运行稳定，短程硝化池内98％以上的NH4 +-N转化为了NO2 --N，微生物电解池阴极室内95％以上的NO2 --N传递进微生物电解池阳极室，脱氮负荷达到111mgN/(L·d)，99％的这部分NO2 --N被nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株转化为了N2O，其中气态N2O占比82％以上。在实现了高效脱氮的同时对N2O也有极大效率回收。
对比例1、
采用传统AO脱氮工艺对垃圾焚烧渗沥液进行处理回收N2O作为对比例，进水水质与本发明实施例2均相同，短程硝化池2L且运行条件与本发明实施例2相同，短程反硝化池2L，短程反硝化段接种nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株50mL，运行温度为30℃。
对比例2、
单独采用电解实验对垃圾焚烧渗沥液进行处理回收N2O，不接种nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株进行，结果是几乎不能达到N2O回收的效果。
本发明实施例2与对比例1进行比较：1、氮负荷提高：传统300mgN/(L·d)，本发明实施例2达到500mgN/(L·d)；2、N2O转化率：传统82％，本发明达到95％；3、功能菌群(nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株，图2中记为Pseudomonas)丰度，如图2所示：传统40％，本发明81％。
由上述实验数据可知，本发明反硝化菌株，进行反硝化作用，协同电极电解，具有高效脱氮、极高N2O转化率。
以上实施例展示了本发明的基本原理、实施手段及实际效果，本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种采用微生物电化学装置从含氮废水中高效产生并回收一氧化二氮的微生物电化学方法，其特征在于：
所述微生物电化学装置包括依次连接的短程硝化池、微生物电解池阴极室和微生物电解池阳极室；
所述短程硝化池上设有进水口和出水口a，其出水口a通过连接管道与所述微生物电解池阴极室的入口相连接；
所述微生物电解池阴极室的内部设有阴极电极，所述阴极电极通过导线与电化学工作站负极连接；
所述微生物电解池阳极室的顶部设有集气罩，下部设有进药口，内部设有阳极电极；所述集气罩上连接有收集管，以与收集装置连接；所述阳极电极通过导线与所述电化学工作站正极连接；
所述微生物电解池阴极室与所述微生物电解池阳极室相连通，连接处设有阴离子交换膜；
所述的微生物电化学方法包括如下步骤：1）将含氮废水由所述短程硝化池的进水口进入，在所述短程硝化池内进行硝化反应，得到废水；
所述短程硝化池接种污水处理厂好氧池的活性污泥进行所述硝化反应；
2）所述短程硝化出水通过所述连接管道进入所述微生物电解池阴极室内，所述微生物电解池阳极室接种nosZ基因缺失的Pseudomonas aeruginosa PAO1反硝化菌株，且所述进药口通入碳源，通过所述电化学工作站控制进行电解反应，通过所述微生物电解池阳极室的集气罩和与其连接的收集管收集产生气态N2O，即实现收集生物处理过程产生的气态N2O。
2.根据权利要求1所述的微生物电化学方法，其特征在于：所述短程硝化池的内部设有曝气装置。
3.根据权利要求1或2所述的微生物电化学方法，其特征在于：所述短程硝化池上设有监控其内部温度的温控装置、监控其内部溶解氧的溶解氧在线监测系统和监控其内部pH值的pH在线监测系统中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的微生物电化学方法，其特征在于：所述短程硝化池的内部设有搅拌装置a；
所述微生物电解池阴极室内部设有搅拌装置b；
所述微生物电解池阳极室内部设有搅拌装置c。
5.根据权利要求1或2所述的微生物电化学方法，其特征在于：所述微生物电解池阴极室的上部设有出水口b；
所述微生物电解池阳极室的上部设有出水口c。
6.根据权利要求1所述的微生物电化学方法，其特征在于：所述反硝化反应时间为44~52h，温度在30~31 ℃；
所述电解反应的时间为44~52h；
所述微生物电解池阳极室的C/N为4.5~5；所述碳源为乙酸钠。
7.根据权利要求1所述的微生物电化学方法，其特征在于：所述短程硝化池内的溶解氧浓度为0.1~0.5 mg/L；
所述短程硝化池内的搅拌速率为150~250 r/min；pH值为8.5~8.7；
所述微生物电解池阴极室和所述微生物电解池阳极室的搅拌速率均为50~100 r/min。
8.根据权利要求1所述的微生物电化学方法，其特征在于：步骤2）之后还包括将从所述微生物电解池阳极室的出水口c排除的废水进行净化处理的步骤。
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|---|---|---|---|---|
| CN112320940B (zh) * | 2020-10-21 | 2023-03-14 | 西安建筑科技大学 | 一种利用膜接触器富集产n2o反硝化菌的装置及方法 |
| CN112320942B (zh) * | 2020-10-21 | 2022-09-27 | 西安建筑科技大学 | 利用改性平板膜实现短程反硝化定向转化n2o的装置及方法 |
| CN117923709B (zh) * | 2024-01-24 | 2025-10-17 | 上海电力大学 | 一种污水高效脱氮与n2o回收的方法和系统 |
| CN119390306B (zh) * | 2024-12-27 | 2025-04-11 | 江苏省环境工程技术有限公司 | 三维电极体系耦合阴离子交换膜的废水处理系统及方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0839095A (ja) * | 1994-08-03 | 1996-02-13 | Japan Organo Co Ltd | 水処理装置 |
| CN101497862A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-08-05 | 哈尔滨工业大学 | 功能强化型微生物群落的定向富集方法 |
| CN101570731A (zh) * | 2009-03-25 | 2009-11-04 | 新奥科技发展有限公司 | 一种电化学驯化、分离产电微生物的方法 |
| JP2012034576A (ja) * | 2010-08-03 | 2012-02-23 | Kajima Corp | 亜酸化窒素分解装置 |
| CN103043776A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-04-17 | 哈尔滨工业大学 | 套筒型微生物催化电解装置及用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法 |
| CN104330455A (zh) * | 2014-07-16 | 2015-02-04 | 内蒙古科技大学 | 利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的方法与装置 |
| EP2925679A1 (en) * | 2012-11-28 | 2015-10-07 | Universitat de Girona | Bioelectrochemical water treatment and apparatus |
| CN105217796A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-06 | 中国科学院水生生物研究所 | 一种下行垂直流人工湿地耦合微生物电解池强化脱氮的方法及装置 |
| CN106430870A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-22 | 尚川（北京）水务有限公司 | 一种强化剩余污泥资源化的系统及方法 |
| CN108946941A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-12-07 | 南京大学 | 一种低能耗的微生物-电化学污水处理系统 |
| WO2019079908A1 (en) * | 2017-10-29 | 2019-05-02 | Michael Siegert | BIOELECTROCHEMICAL PROCESS AND APPARATUS FOR RECOVERING ENERGY FROM NITROGEN COMPOUNDS |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3466894B1 (en) * | 2017-10-05 | 2020-05-13 | INDIAN OIL CORPORATION Ltd. | Treatment and recovery of caustic from spent caustic through bioelectrochemical process |
-
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0839095A (ja) * | 1994-08-03 | 1996-02-13 | Japan Organo Co Ltd | 水処理装置 |
| CN101497862A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-08-05 | 哈尔滨工业大学 | 功能强化型微生物群落的定向富集方法 |
| CN101570731A (zh) * | 2009-03-25 | 2009-11-04 | 新奥科技发展有限公司 | 一种电化学驯化、分离产电微生物的方法 |
| JP2012034576A (ja) * | 2010-08-03 | 2012-02-23 | Kajima Corp | 亜酸化窒素分解装置 |
| EP2925679A1 (en) * | 2012-11-28 | 2015-10-07 | Universitat de Girona | Bioelectrochemical water treatment and apparatus |
| CN103043776A (zh) * | 2012-12-04 | 2013-04-17 | 哈尔滨工业大学 | 套筒型微生物催化电解装置及用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法 |
| CN104330455A (zh) * | 2014-07-16 | 2015-02-04 | 内蒙古科技大学 | 利用微生物电解池技术在线监测硝态氮浓度的方法与装置 |
| CN105217796A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-01-06 | 中国科学院水生生物研究所 | 一种下行垂直流人工湿地耦合微生物电解池强化脱氮的方法及装置 |
| CN106430870A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-22 | 尚川（北京）水务有限公司 | 一种强化剩余污泥资源化的系统及方法 |
| WO2019079908A1 (en) * | 2017-10-29 | 2019-05-02 | Michael Siegert | BIOELECTROCHEMICAL PROCESS AND APPARATUS FOR RECOVERING ENERGY FROM NITROGEN COMPOUNDS |
| CN108946941A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-12-07 | 南京大学 | 一种低能耗的微生物-电化学污水处理系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Significant enhancement of nitrous oxide energy yields from wastewater achieved by bioaugmentation with a recombinant strain of Pseudomonas aeruginosa;Ziyu Lin等;《Scientific Reports》;20180809;第8卷;第11916页 * |
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