[发明专利]一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置及方法

权利要求书

1.一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置，其特征在于，包括圆柱形反应器，所述圆柱形反应器由外至内依次由中空的透光导电生物阴极(1)、微藻生长区域(12)、刮板装置、膜曝气生物膜(3)和中空的生物阳极(2)组成；所述的生物阳极(2)与圆柱形反应器底部之间留有一定的空间，所述透光导电生物阴极(1)和生物阳极(2)通过可调电阻(5)连接形成回路；所述膜曝气生物膜(3)分别与外部的排气管(22)和供二氧化碳单元(6)连接，微曝气装置(4)分别与外部的进气管(16)和供氧单元(7)连接，所述圆柱形反应器的下部设有进水管道(8)，所述进水管道(18)位于中空的生物阳极(2)的下方，所述圆柱形反应器上部设有出水管道(9)和敞开区域(17)；

所述刮板装置包括微藻收集刮板(13)，所述微藻收集刮板(13)设置在微藻生长区域(12)内，所述微藻收集刮板(13)的底部采用圆环状结构且紧贴透光导电生物阴极(1)，所述微藻收集刮板(13)底部的两侧分别设有倒钩，所述两侧的倒钩分别位于微藻生长区域(12)与膜曝气生物膜(3)内，所述微藻收集刮板(13)通过底部的倒钩既可收集透光导电生物阴极(1)内壁上的微藻，又可收集所述膜曝气生物膜(3)上的生物膜；

所述进水管道(8)通过外接管路(10)与出水管道(9)相连通，所述外接管路(10)上设有蠕动泵(11)和污水桶(21)；当水位达到出水管道(9)的高度时，处理后的废水就能够溢流出圆柱形反应器，经外接管路(10)排出或者再次回流至污水桶(21)；

所述微藻收集刮板(13)的底部设有两个垂直设置的刮板提升装置(14)，所述刮板提升装置(14)延伸至圆柱形反应器外，通过刮板提升装置(14)提升微藻收集刮板(13)并在敞开区域(17)收集微藻和生物膜。

2.根据权利要求1所述的一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置，其特征在于，所述微藻收集刮板(13)上设置有微曝气装置(4)，所述的微曝气装置(4)采用圆环状结构设置在微藻收集刮板(13)的底部上，所述微曝气装置(4)分别与外部的进气管(16)和供氧装置连接，所述进气管(16)与刮板提升装置(14)固定，所述供氧单元(7)包括调节阀(19)、压力表和氧气瓶；所述供氧单元(7)根据需要调节供氧量，以达到二氧化碳和氧气的直接的平衡。

3.根据权利要求2所述的一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置，其特征在于，所述微曝气装置(4)采用鼓泡曝气，所述鼓泡曝气能产生气泡(23)起到推流的作用，多余气体直接通过敞开区域(17)排放到大气中。

4.根据权利要求1所述的一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置，其特征在于，所述圆柱形反应器的底部设有搅拌器(18)，所述搅拌器(18)位于中空的生物阳极(2)的下方，所述进水管道(18)位于搅拌器(18)出口的一侧，起导流作用，使整个反应器内部的水流处于完全混合状态。

5.根据权利要求1所述的一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置，其特征在于，所述透光导电生物阴极(1)内侧呈锯齿状结构，所述锯齿状结构有利于微藻的附着生长。

6.根据权利要求1所述的一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置，其特征在于，所述膜曝气生物膜(3)采用中空圆柱型结构，所述膜曝气生物膜(3)采用单侧向外曝气，所述膜曝气生物膜(3)分别与外部的排气管(22)和供二氧化碳单元(6)连接，所述供二氧化碳单元(6)包括调节阀、压力表(20)和二氧化碳气瓶；所述供二氧化碳单元(6)将二氧化碳提供给微藻生长区域(12)内的微藻，作为光合作用的碳源，多余气体通过排气管(22)排出圆柱形反应器。

7.一种采用权利要求1所述的一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置处理污水的方法，其特征在于，步骤如下：

S1:有机废水通过进水管道(8)进入圆柱形反应器内，经过搅拌器(18)的作用，将有机废水推流至中空圆柱状结构的生物阳极(2)内部，生物阳极(2)内的阳极碳纸上附着大量产电微生物，废水流经生物阳极(2)的阳极时，产电微生物会消耗降解有机质产生质子和电子，同时生产氨氮，电子由导线流出，经外接电路流向阴极，并由可调电阻(5)进入透光导电生物阴极(1)内；

S2:初步处理后的废水随后进入透光生物阴极(1)的微藻生长区域(12)，在光源(15)的光照条件下，微藻利用水中的氮和磷合成新的微藻生物质，进一步去除污水中残留的氮和磷；

S3:在提高废水处理效率的同时获得微藻生物质；同时，一部分氨氮在流经膜曝气生物膜时进行硝化反硝化反应生成氮气，一部分生成的亚硝酸盐和硝酸盐被阴极利用，和藻类光合作用产生的氧气一起作为电子受体与经外接电路流入的电子结合发生还原反应。