[发明专利]一种微生物燃料电池废水脱氮装置及方法

权利要求书

1.一种微生物燃料电池废水脱氮装置，包括阳极室（1）、阴极室（2）、质子交换膜（3），所述阳极室（1）和所述阴极室（2）通过所述质子交换膜（3）隔开，所述阳极室（1）上端、下端分别设有阳极室（1）出水口、阳极室（1）进水口，所述阴极室（2）上端、下端分别设有阴极室（2）出水口、阴极室（2）进水口，所述阳极室（1）和所述阴极室（2）内分别设置电极并通过导线连接，其特征在于：所述电极均为碳刷（14），并在所述导线上连接外电阻（13）形成闭合回路，所述阳极室（1）和所述阴极室（2）内还分别设有饱和甘汞电极（11）；所述阴极室（2）顶部设有取样口（12），内部填充有填料，所述填料包括生物陶粒（9）和铁碳微电解填料（10）；还包括通气装置，所述通气装置交替向所述阴极室（2）内通入二氧化碳和空气。

2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述通气装置包括二氧化碳气瓶（17）和空气泵（18），所述二氧化碳气瓶（17）还连接有玻璃转子流量计（16），所述阴极室（2）内底部设有微孔曝气盘（15），所述二氧化碳气瓶（17）和所述空气泵（18）分别与所述微孔曝气盘（15）连接。

3.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述阳极室（1）内填充有厌氧污泥（8），其体积为所述阳极室（1）体积的2/3。

4.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述生物陶粒（9）包括凹凸棒土50%-90%和稻壳粉5%-30%，其粒径为2-5mm。

5.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述铁碳微电解填料（10）为钠基膨润土，包括蒙脱石60%-88%、膨胀容25-50mg/L、2h吸水率：250%-350%。

6.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述生物陶粒（9）和所述铁碳微电解填料（10）的配比比例为(5:1)-(2:1），总填充量为阴极室（2）体积的(1/3)-(2/3)，且气体的通入使得填料处于半流化状态。

7.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述阳极室（1）和所述阴极室（2）内分别加入有机培养液，分别占所述阳极室（1）和所述阴极室（2）体积的1/3。

8.根据权利要求7所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：阳极有机培养液成分包括6g/L的Na₂HPO₄，3g/L的KH₂PO₄，0.5g/L的NaCl，0.1g/L的MgSO₄·7H₂O，0.015g/L的CaCl₂和1mL微量元素，同时加入乙酸钠，使得阳极的COD含量为1000mg/L；阴极有机培养液成分包括0.528g/L的(NH₄)₂SO₄，6g/L的Na₂HPO₄，3g/L的KH₂PO₄，0.5g/L的NaCl，0.1g/L的MgSO₄·7H₂O，0.015g/L的CaCl₂和1mL微量元素。

9.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，其特征在于：所述外电阻（13）为100-1000Ω。

10.一种微生物燃料电池废水脱氮方法，其特征在于：应用于权利要求1-9任意一项所述的微生物燃料电池废水脱氮装置，具体为：

厌氧污泥（8）和有机培养液直接接种到阳极室（1），产电微生物将有机物氧化生成电子、质子和二氧化碳；电子经外电路导线转阴极室（2）的阴极，质子经由质子交换膜（3）扩散进入阴极室（2），在阴极活性点位上氧气被还原，与质子结合生成水；阴极室（2）加入含氨氮的废水，空气和二氧化碳分别被空气泵（18）和二氧化碳气瓶（17）交替通入阴极室（2），空气使得阴极室（2）处于好氧状态，从而实现硝化作用，二氧化碳使得阴极室（2）处于厌氧状态，从而实现反硝化作用，阴极室（2）实现同步硝化反硝化，与此同时二氧化碳作为无机碳源，以此来控制阴极的碳氮比；

阴极室（2）内填充的生物陶粒（9）和铁碳微电解填料（10），作为微生物的载体，挂膜和传质效果增强，铁碳微电解填料（10）可增强电子传递效果，且持续交替的曝气使得填料呈现半流化状态，可起到搅拌、剪切和均匀的传质作用，从而使脱氮效果得到提高；当测得的电压小于50mV时，更换阴阳极的有机培养液，与此同时检测阴极氨氮的去除效率。