[发明专利]一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法，极性反转室与阳极室之间通过质子膜隔开，极性反转室与纯氧室间以及阳极室与纯氧室间均通过空气阴极隔开，极性反转室设有进水口和极性反转室出水口，阳极室设有阳极室进水口和出水口，极性反转室出水口与阳极室进水口连通；极性反转室内设有碳刷电极并附有微生物膜；阳极室中设有铁片阳极。本发明利用极性反转法，在极性反转前，微生物利用外来碳源异养快速生长形成生物膜；极性反转后，微生物利用外接电路上的电子自养生长脱氮，通过控制异养环境的时间，从而减少投加碳源的成本，实现了低C/N比废水高效自养反硝化脱氮，并以蓝铁矿为产物进行磷资源回收和电能回收。

技术领域

本发明涉及低C/N比的含氮磷废水处理技术领域，具体涉及一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法。

背景技术

氮、磷是生命活动中至关重要的元素，然而大量的氮、磷排入到水体中则会造成水体富营养化，因此脱氮除磷成为当下的研究热点。水体中C/N比较以往大幅降低，进行传统异养反硝化需要外加有机物，容易造成二次污染，自养反硝化技术的地位便日渐提高，但自养反硝化菌存在生长缓慢、较难形成稳定的生物膜等缺点，是低C/N比废水中进行自养反硝化脱氮亟须解决的问题。加之磷资源极为匮乏，将污水中的磷资源进行回收显得尤为重要。利用微生物燃料电池极性反转法，进行高效自养反硝化脱氮，并以蓝铁矿的形式回收利用废水中的磷，是本领域技术人员所要研究的主要内容。

发明内容

为解决现有技术中存在问题，本发明的目的在于提供一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法，本发明不仅能够解决自养反硝化菌较难形成稳定生物膜的问题，提高脱氮效率，还可将废水中的磷元素以蓝铁矿的形式回收，且产生电能。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，包括极性反转室、阳极室和纯氧室，极性反转室与阳极室之间通过质子膜隔开，极性反转室与纯氧室之间以及阳极室与纯氧室之间均通过空气阴极隔开，极性反转室设有进水口和极性反转室出水口，阳极室设有阳极室进水口和出水口，极性反转室出水口与阳极室进水口连通；

极性反转室内设有碳刷电极，碳刷电极上附有微生物膜；阳极室中设有铁片阳极。

优选的，极性反转室的底部设有脱落生物膜排出口，阳极室的底部设有阳极产物排出口。

优选的，极性反转室的底部和阳极室的底部分别具有脱落生物膜收集斗和阳极产物收集斗口，脱落生物膜排出口设置于脱落生物膜收集斗的底部，阳极产物排出口设置于阳极产物收集斗口的底部。

优选的，进水口的水平高度低于极性反转室出水口，极性反转室出水口水平高度高于阳极室进水口，阳极室进水口水平高度低于出水口。

优选的，碳刷电极悬挂于极性反转室的中部。

优选的，铁片阳极设置于阳极室的中部。

优选的，极性反转室、阳极室、纯氧室的容积比为(1.5-1.9)：(1.5-1.9)：1。

优选的，碳刷电极的体积与极性反转室的极性反转室反应区容积的比为1：(2.5-3.8)，碳刷电极的面积与空气阴极表面积比为1：(2.4-3.6)。

优选的，铁片阳极的体积与阳极室的阳极室反应区容积的比为1：(4.3-5.8)，铁片阳极的面积与空气阴极表面积比为1：(4.4-5.6)。

本发明还提供了一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的方法，该方法采用本发明如上所述的利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置进行，包括如下过程：

将含氮磷废水从进水口送进入极性反转室，在极性反转室内提供适量碳源，碳刷电极作为阳极并与空气阴极相连，构建异养反硝化环境，待碳刷电极上形成稳定生物膜后，构建自养反硝化环境；