[发明专利]一种基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置及其方法

权利要求书

1.一种利用基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置处理污水中氮、磷和有机物的方法，其特征在于，所述基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置包括阳极室（4）、阴极室（15）和微藻回收装置（25）；所述阳极室（4）为密闭结构，其上部通过进水管（1）与外部的给水装置相连通，顶部开设有能与外界连通的排气口（20）；阳极室（4）中固定有表面用于附着厌氧微生物膜（6）的阳极电极（5），内底部设有若干搅拌桨（7）；阳极室（4）通过质子交换膜（8）与透明的阴极室（15）连通；所述阴极室（15）中固定有表面用于附着微藻生物膜（14）的阴极电极（13），内底部均匀设有曝气装置（16）；所述阴极电极（13）为内部填充若干填料（22）的筒型网状电极，填料（22）用于附着好氧微生物膜（23）；所述阳极电极（5）与阴极电极（13）之间通过导线（10）串联有可变电阻（12）与电容器（11）；所述阴极室（15）的底部通过出水管（18）与微藻回收装置（25）连通；微藻回收装置（25）的底部铺设有滤网（26），滤网（26）的上方设有离心搅拌器（27）；位于滤网（26）上方的微藻回收装置（25）侧壁上开设有排水口，通过排水管（28）与外部相连通；

所述方法具体如下：

1）在所述污水处理装置使用前，将阳极室（4）内的阳极电极（5）上接种经有机废水厌氧处理反应器驯化后的厌氧污泥；将阴极室（15）内的阴极电极（13）表面上接种微藻生物膜（14），填料（22）上接种好氧微生物膜（23）；通过进水管（1）向阳极室（4）和阴极室（15）内注入待处理的污水，并将阳极室（4）作密封处理；当阳极电极（5）和阴极电极（13）之间的电压及污染物去除率持续稳定后，排空污水处理装置中的污水，完成生物膜的驯化过程；

2）将待处理的污水通过进水管（1）通入阳极室（4），利用重力作用和搅拌桨（7）的搅拌作用实现污水的充分混匀以及污水与厌氧微生物膜（6）的充分接触；厌氧微生物膜（6）通过厌氧消化作用氧化污水中的有机物，产生的甲烷气体通过排气口（20）排出收集；厌氧微生物膜（6）氧化有机物的同时产生电子和质子，电子通过导线（10）流至阴极电极（13）从而产生电流，质子通过质子交换膜（8）到达阴极室（15）；

3）经阳极室（4）处理后的污水通过质子交换膜（8）进入阴极室（15），阴极电极（13）表面附着的微藻生物膜（14）利用二氧化碳和污水中的氮和磷进行光合作用产生氧气，合成自身生命体的同时与好氧微生物膜（23）共同构成藻菌共生体系以去除污水中的氮和磷；微藻生物膜（14）产生的氧气为阴极室（15）内的还原反应提供电子，与从阳极室（4）进入的质子结合生成水，驱动阳极电极（5）对有机物的降解过程，产生的电能储存在电容器（11）中；

4）夜间，微藻生物膜（14）的光合作用停止，电容器（11）将白天储存的电能释放，强化夜间藻菌共生体系对污水的处理作用，实现白天-夜间的不间断废水处理；阴极室（15）中硝化作用产生的硝酸盐可代替氧气作为电子受体驱动阳极电极（5）对有机物的降解；当微藻生物膜（14）生命力不足或夜间产能低于目标值时，启动阴极室（15）底部的曝气装置（16）进行曝气充氧作用；

5）经过阴极室（15）处理后的污水进入微藻回收装置（25），通过离心搅拌器（27）对污水进行离心作用，随后静置使污水中含有的包括微藻在内的杂质分离沉降，杂质被截留在滤网（26）上；

经微藻回收装置（25）处理后的污水从排水管（28）排出，实现污水中氮、磷和有机物的去除过程。

2.根据权利要求1所述的利用基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置处理污水中氮、磷和有机物的方法，其特征在于，所述进水管（1）上还设有水泵（2）和进水阀门（3）；阳极室（4）与阴极室（15）之间设有连接阀门（9），出水管（18）上设有出水阀门（19）。

3.根据权利要求1所述的利用基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置处理污水中氮、磷和有机物的方法，其特征在于，所述阳极电极（5）为碳毡材质。

4.根据权利要求1所述的利用基于藻菌共生电化学体系的污水处理装置处理污水中氮、磷和有机物的方法，其特征在于，所述厌氧微生物膜（6）为地杆菌或希瓦氏菌。