[发明专利]一种用于同步脱氮除碳的滴滤式生物阴极微生物电化学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种滴滤式生物阴极微生物电化学系统。

背景技术

废水中的污染物主要为化学需氧量和氨氮，随着现代工业的高速发展以及化肥农药的普遍应用，废水中氨氮含量不断增加，其对环境的影响也逐渐引起人们的广泛的关注。其最突出的危害是毒害水生生物、消耗氧气、导致水体富营养化以及影响氯消毒的效率，因此经济有效降的降低废水中氨氮含量已成为当今环境工作者面临的重大课题。相对于物化法脱氮技术，传统生物脱氮技术(硝化/反硝化)以及近些年来一些新兴的脱氮技术(短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、全程自养脱氮等)因具有效率高、运行成本相对较低等优势而被认为是目前最经济有效的脱氮方法。但也存在一定的问题：a.厌氧氨氧化菌倍增时间长(11d)，导致反应器启动时间较长，实验室一般需要3-6个月，而工程应用启动时间更长；b.厌氧氨氧化菌抗冲击能力弱，导致全程自养脱氮工艺存在氮负荷和去除率低，运行不稳定等问题；c.为保证反硝化过程的顺利进行，需额外添加碳源；d.曝气需要消耗一定的能量。

微生物电化学系统是一种可利用微生物的催化作用，将有机物中的化学能转化为电能的装置。因其具有高效降解有机污染物、产生清洁能源电能、污泥产量低等诸多优点，在环境、能源及废水处理领域受到了广泛的关注，并为生物脱氮技术提供了一条新的思路。研究发现生物阴极型微生物电化学系统具有脱氮的能力，结合微生物电化学系统和传统生物脱氮反应器的构造，目前已设计了不同结构的具有脱氮功能的微生物电化学系统，按照构型的不同主要有两大类，即单室微生物电化学系统及双室微生物电化学系统。这两种构型的反应机理相同，即有机物在阳极发生氧化反应，产生的电子从阳极通过外电路传递到阴极，阴极发生同时硝化反硝化作用，反硝化过程所需的电子部分可从阴极上直接得到，部分可利用碳源代谢过程中产生的电子。与传统及新兴生物脱氮工艺相比，实现了可产生电能又能去除碳氮的双重功能，且无需外加碳源(反硝化菌可利用阴极电子作为直接的电子供体)。且在微生物电化学脱氮除碳系统中，并没有厌氧氨氧化菌的参与，因此不存在反应器启动时间长、运行不稳定等问题。尽管微生物电化学脱氮除碳系统经过不断地优化及改进，已经克服了很多不足，如从最初的分段式外接硝化池发展到现在的一体式同步硝化反硝化微生物电化学系统、系统的输出功率不断提高、氮处理负荷及氮去除效率明显提高等。但从目前的反应器设计与大型化应用角度来看，还存在以下几个问题：a.阴极多采用逆流或者直接曝气的方式来实现硝化作用，这有悖于微生物电化学系统回收能量的初衷；b.由于硝化和反硝化反应同时发生在一个空间内，而二者对氧气的需求截然不同，阴极曝气量较难控制c.为了提高系统的功率输出，阴极多采用铂碳阴极，这不仅提高了反应器的构建成本，更限制了其大型化应用。

发明内容

本发明是为了解决上述存在的问题，而提供了一种用于同步脱氮除碳的滴滤式生物阴极微生物电化学系统。

本发明的一种用于同步脱氮除碳的滴滤式生物阴极微生物电化学系统，它包括支撑底座和反应器箱体；其中，反应器箱体分为阳极区和阴极区两部分；

所述的阳极区是由三通进水口、阳极液、多孔配水板、导水口、导水管、氧化还原电极插入口、钛丝1和两条碳纤维刷阳极构成；

所述的阴极区分为好氧段和缺氧段；所述的阴极区是由阴极液、出水口、取样口、温度传感器插入口、参比电极插入口、两条阴极、钛丝2和回流口构成；

其中，撑底座设置于反应器箱体底部，所述的阳极区位于反应器箱体的下部，阴极区位于反应器箱体的上部，阳极区和阴极区通过法兰板连接；所述的法兰板固定有阳离子交换膜，阳极液与阴极液通过法兰板隔开，阳极液通过泵经设置在反应器箱体底端的三通进水口和设置在反应器箱体内底部的多孔配水板泵入到阳极区，阳极区出水经由设置在阳极区的反应器箱体右侧壁上的导水口流出，经由导水管进入到阴极区，所述的导水管的进水口与导水口的出水口连通；所述的两条碳纤维刷阳极置于阳极液中，并分别与钛丝1相连接；所述的钛丝1设置于阳极区中上部且横向贯穿于反应器箱体，在钛丝1与多孔配水板之间的反应器箱体左侧壁上设置有氧化还原电极插入口；