[发明专利]一种利用菌藻-催化电极强化无机氮去除的养殖尾水处理新方法

摘要

本发明提供了一种利用菌藻‑催化电极强化无机氮去除的养殖尾水处理新方法，属于废水处理技术领域。催化剂Co‑WO3/SiC/TiO2在紫外及可见光区域均有较高的吸光度，并且具有良好的电催化活性。将该催化剂负载于导电膜上得到的新型催化电极可直接作为电极应用于废水处理体系中。在双室光电耦合的微生物燃料电池体系中，该催化阴极可在6h内去除70％以上的氨氮，且氮气选择性高，副产物少。利用该催化电极膜构建菌藻共生催化电极耦合体系处理海水养殖尾水，在生物阳极、催化阴极以及藻的协同作用下氨氮去除率可达95％以上，平均无机氮去除率达90％左右，强化了尾水中无机氮的去除。

主权项

1.一种利用菌藻‑催化电极强化无机氮去除的养殖尾水处理新方法，其特征在于，步骤如下：(1)新型纳米光催化剂Co‑WO₃/SiC/TiO₂的制备按摩尔比1:1将H₂WO₄溶于1M NaOH溶液，再加入CoCl₂·6H₂O和SiC搅拌均匀，其中H₂WO₄、CoCl₂·6H₂O和SiC的摩尔比为20:7:2；用质量分数37％的浓盐酸将上述混合溶液pH调节为1，转移至微波炉，750W条件下密封消解4.5min，洗涤沉淀物Co‑WO₃/SiC并干燥研磨待用；将钛酸四丁酯以0.85:1的体积比溶于无水乙醇，搅拌0.5h得到溶液A；按照体积比2.4:8:1.4:1将去离子水、无水乙醇、冰乙酸和质量分数37％的浓盐酸混合为溶液B；将溶液B缓慢滴加入溶液A中，控制溶液B中无水乙醇的体积为溶液A中的一半；再加入与TiO₂的质量比为0.06‑0.26的Co‑WO₃/SiC搅拌至形成溶胶状，在空气中干燥后于500℃灼烧2h，研磨备用；(2)新型催化电极的制备以碳纤维布为基底，采用相转化法制备改性的聚偏氟乙烯PVDF膜使其具备导电性和催化活性；铸膜液以N,N‑二甲基甲酰胺DMF为溶剂，将PVDF、步骤(1)中制得的催化剂Co‑WO₃/SiC/TiO₂、纳米碳纤维和聚乙烯吡咯烷酮PVP，分别以相对于铸膜液总重的4％‑5％、2％‑5％、2％‑3％和2％‑4％加入，搅拌4‑6h后刮制成厚度为300‑400μm的膜，在去离子水中浸泡8‑10h完成相转化，得到改性的催化电极作为阴极；(3)菌藻‑催化电极耦合体系的构建反应器由下到上依次为底泥层、负载产电菌的碳颗粒微生物层、砂仓和阴极室，体积比为4:5:1.6:4.7，砂仓上下放置滤布分隔；负载产电菌的碳颗粒微生物层中放置碳棒，由钛丝导出电子，经外电阻与阴极相连；反应器底部设置进水口，上部设置溢流口，阴极室设置曝气装置；未加光阶段利用微生物及光、电作用去除污染物；在阴极室上方提供可见光后，经3‑5天形成菌藻‑催化电极耦合体系，进一步强化无机氮的去除能力；(4)菌藻‑催化电极耦合体系用于海水养殖尾水处理将步骤(2)制备的催化电极作为阴极应用于步骤(3)构建的菌藻‑催化电极耦合体系中，以水力停留时间34‑48h连续进出水运行，富含无机氮的海水养殖尾水从底部进入，经生物阳极处理和砂仓过滤进入阴极室，在光照下与催化阴极和藻类作用，进一步实现无机氮的降解。