[发明专利]农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置及其使用方法

权利要求书

1.一种农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，包括格栅（1）、旋转生物电极转盘（2）和电极区；所述电极生物膜装置安装于农田沟渠中，沟渠中的水流由装置入口进入，然后从装置出口排出，在装置内水流沿程依次设有格栅（1）、旋转生物电极转盘（2）和电极区；所述格栅（1）底部与沟渠渠底平齐，顶部高于水平面（16），格栅（1）栅面垂直于水流方向且与沟渠同宽；所述旋转生物电极转盘（2）的盘片用于固定好氧微生物涂料，盘片下部位于水平面（16）以下，上部暴露于空气中；所述电极区上部盖有可随水平面（16）上下移动的浮动板（10），该浮动板（10）将电极区顶部完全覆盖封闭；电极区沿水流方向依次设有折流板A（4）、折流板B（5）、折流板C（6），三块折流板的板面均与水流方向垂直，折流板A（4）、折流板C（6）与装置底部之间留有流通通道，折流板B（5）与浮动板（10）之间留有流通通道，相邻两块折流板的流通通道分别位于装置的上下两侧，水流随电极区三块折流板的引导呈上下弓形流动；折流板A（4）和折流板B（5）之间的夹持区域、折流板B（5）和折流板C（6）之间的夹持区域分别为第一电极区（14）和第二电极区（15）；所述第一电极区（14）包括石墨电极（3）、生物炭滤料（8）、球形滤料（7），所述石墨电极（3）下部位于水平面（16）以下，石墨电极（3）接头暴露于空气中；生物炭滤料（8）和球形滤料（7）由下到上依次填充于所述第一电极区（14）中，所述第二电极区（15）填充有金属丝网填料（9），用于固定厌氧微生物涂料；所述旋转生物电极盘片（2）连接电源正极，石墨电极（3）连接电源负极。

2.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述装置底部与渠底平齐，两侧与渠壁贴合，顶部与渠顶平齐。

3.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述旋转生物电极转盘（2）底座固定于装置底部，盘片表面粗糙，盘片与装置同宽，保证水流能完全流经旋转生物电极转盘（2）后进入电极区；盘片为惰性电极，采用铂圆盘电极或石墨圆盘电极。

4.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述浮动板（10）外围有橡胶密封圈，以保持电极区内部缺氧或厌氧环境；浮动板（10）顶部还配有提手（11）。

5.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述三块折流板的板厚均为1-2cm，折流板A（4）、折流板C（6）与装置顶部焊接，折流板B（5）与装置底部焊接。

6.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述电极区中石墨电极（3）有多个，并联于电源负极。

7.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述生物炭滤料（8）直径为12-25mm；所述球形滤料（7）为生物悬浮球滤料，比表面积为380-800m²/m³。

8.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述电源采用外接的太阳能板（12）供电。

9.如权利要求1所述的农田沟渠原位脱氮除磷的电极生物膜装置，其特征在于，所述电极区出口还装有氮磷浓度自动检测仪（13），用于对装置出水水质进行检测。

10.一种利用如权利要求1~9任一所述的电极生物膜装置的农田沟渠原位脱氮除磷方法，其特征在于，步骤如下：

1）在需要处理农田排水的沟渠中安装所述装置，装置底部与所在渠底平齐，两侧与渠壁贴合，顶部与渠顶平齐，可使水流完全从装置前端进入，尾端排出；

2）水流进入所述装置时，首先流经格栅（1），对水流中的杂物进行机械截留；同时，经过格栅（1）后的水流流速降低，水中颗粒态污染物随之沉降；

3）经过格栅（1）后的水流进入旋转生物电极转盘（2），并带动盘片不停转动，盘片与空气交替接触，供给盘片表面固定的涂料上涂覆的好氧微生物以氧气，并对水体进行曝气充氧；同时，旋转生物电极转盘（2）连接外接电源正极，在施加电压条件下，进行电解水产生氧气，提高水体中溶解氧浓度；在旋转生物电极转盘（2）的作用下，涂覆的好氧微生物同时进行硝化反应、亚硝化反应和吸磷过程，从而使水流中氨氮和磷的浓度降低；所述涂料为一层生物膜，在装置长期运行过程中挂载上去，或进行驯化后涂覆上去；

4）经过旋转生物电极转盘（2）后的水流进入第一电极区（14），在折流板A（4）的引导下依次经过生物炭滤料（8）、球形滤料（7），吸附水流中的污染物及氧气，并在浮动板（10）的密封配合下在电极区内形成缺氧或厌氧环境；同时，石墨电极（3）连接外接电源负极，在施加电压条件下，石墨电极（3）表面产生氢气；利用产生的氢气增加第一电极区（14）内气压，防止水中含氧过高，同时为在第二电极区（15）进行反硝化作用的反硝化菌群提供电子供体；

5）经过第一电极区（14）的水流在折流板B（5）的引导下进入第二电极区（15），金属丝网填料（9）的涂料上涂覆的厌氧微生物利用旋转生物电极转盘（2）产生的硝酸盐和亚硝酸盐为电子受体，第一电极区（14）产生的氢气为电子供体，进行反硝化作用，对水中的氮元素进行进一步去除；所述涂料为一层生物膜，在装置长期运行过程中挂载上去，或进行驯化后涂覆上去；

6）从第二电极区（15）流出的水流在折流板C（6）的引导下排出装置，并经过氮磷浓度自动检测仪（13）进行水质检测后继续沿沟渠向下游流动。