[发明专利]一种反硝化厌氧甲烷氧化膜生物电化学反应装置及其方法

权利要求书

1.一种利用反硝化厌氧甲烷氧化膜生物电化学反应装置处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述反硝化厌氧甲烷氧化膜生物电化学反应装置包括封闭的筒体以及位于筒体内腔的阴极和阳极，阴极和阳极分别通过导线（18）与外部电源的负极和正极相连通；所述阳极包括钛网（13）、颗粒活性炭（11）和MBR膜组件（12），钛网（13）将颗粒活性炭（11）包裹于MBR膜组件（12）的表面；颗粒活性炭（11）和MBR膜组件（12）的表面均用于富集反硝化厌氧甲烷氧化微生物，钛网（13）外接钛丝（14）并与所述导线（18）相连通，MBR膜组件（12）的出水端通过设有出水泵（1）的出水管与外部连通；所述阴极为表面用于富集自养反硝化微生物的碳毡（19）；位于阳极和阴极下方的筒体内腔中设有均匀开孔的布水管（7），布水管（7）下方设有气体分布器（8）；气体分布器（8）的进气端与外部连通，用于向阳极鼓气使颗粒活性炭（11）实现流化态；筒体上部的侧壁开设有出气口（2），出气口（2）通过设有循环泵（4）的气体管路与所述气体分布器（8）的进气端相连通；

所述方法具体如下：开启进水泵（5），将硝酸盐废水经由布水管（7）通入筒体内腔并实现均匀分布；同时开启曝气泵（10），将甲烷废气经由气体分布器（8）通入筒体内腔并使其与废水充分接触，甲烷气溶解于废水中；关闭曝气泵（10），开启循环泵（4）；通过循环泵（4）的作用使筒体内腔顶部未与废水溶解的甲烷气重新抽吸至气体分布器（8）的进气端，实现甲烷气的循环利用；通过控制循环泵（4）来调节甲烷气的流速，使得颗粒活性炭（11）实现流态化；废水中的硝酸盐与溶解在水中的甲烷被富集在颗粒活性炭（11）与MBR膜组件（12）表面的反硝化厌氧甲烷氧化微生物同步转化为氮气与二氧化碳，同时，产生的电子传递至颗粒活性炭（11）上，利用生物电化学的促进作用提高反硝化厌氧甲烷氧化微生物的活性；产生的电子通过颗粒活性炭（11）与钛网（13）的相互碰撞作用，从颗粒活性炭（11）传递至钛网（13）上，再通过外接的钛丝（14）经由导线（18）传递至碳毡（19）；碳毡（19）表面富集的自养反硝化微生物利用电子进一步将水中的硝酸盐还原为氮气；通过设置于导线（18）上的电压传感器（15）实时监控所述反应装置的电压状态；当电压偏离预定值时，与电压传感器（15）串联的警报器（17）发出警报。

2. 根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述布水管（7）的开孔率为10 %，且位于筒体外部的布水管（7）上设有进水泵（5）。

3.根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述气体分布器（8）为盘式分布器，其位于筒体外部的进气端设有曝气泵（10）。

4.根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，靠近所述阳极的筒体侧壁上开设有取样口（3）。

5. 根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述钛网（13）的网口为菱形网口，其短对角线长为1 mm。

6.根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述MBR膜组件（12）的材料为聚偏二氟乙烯PVDF。

7. 根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述导线（18）上依次串联电压传感器（15）和警报器（17），并与大小为500-1000 Ω的电阻（16）并联，以实时监测所述反应装置的电压状态。

8. 根据权利要求1所述的处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，所述颗粒活性炭（11）为球形颗粒，平均粒径为2 mm；颗粒活性炭（11）在MBR膜组件（12）表面的填充度为20 %。

9.根据权利要求1所述处理硝酸盐废水和甲烷废气的方法，其特征在于，通入所述筒体内的废水占筒体内腔体积的3/4。