申请日2017.03.10
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F3/00; C02F3/30; C02F3/32; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明提供了一种处理高浓度氨氮有机废水的电化学装置及方法，该装置通过隔膜分为阳极室和阴极室;阳极室顶部设有进水口，底部设有与阴极室顶部相通的带阀门的管道;阴极室底部设有出水口;阴电极表面有藻菌生物膜;阳电极表面有耐氨氮电活性生物膜;阴、阳极连接可调电阻和计时继电器控制的光电池。该装置将有机物和氨氮分别在阳极和阴极去除，避免了连续流从阳极带入有机物对阴极的影响，及消除了硝化液回流至阳极带入氧气和硝酸盐对阳极的影响。利用阴极藻交替暗光反应及藻菌协同，实现生物硝化‑反硝化、电化学还原和藻吸收等多途径脱氮。同时，光电池放电在夜晚强化驱动装置的运行。该装置能量自持、可持续和高效处理高浓度氨氮有机废水。
权利要求书
1.一种处理高浓度氨氮有机废水的电化学装置，包括反应室;
设置于所述反应室内部的隔膜;
所述隔膜将反应室分为阳极室和阴极室;
所述阳极室顶部设有进水口，所述阴极室底部设有出水口;
所述阳极室的底部设有与阴极室顶部相通的带阀门的管道;
设置于所述阴极室内部的阴极，所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜;
设置于所述阳极室内部的阳极，所述阳极表面附着耐氨氮的电活性生物膜;
与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻和计时继电器控制的光电转换器。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述阳极为导电碳颗粒，所述阴极为多个条状多孔碳毡。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述阳极室内设有多层耐腐蚀导电金属网;导电碳颗粒置于每层所述耐腐蚀导电金属网上;
所述阴极室顶部设有单层耐腐蚀导电金属网;多个条状多孔碳毡垂直交错固定于所述单层耐腐蚀导电金属网上。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，还包括通气管;所述通气管设置在阴极室的底部。
5.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，还包括多孔刷网，所述多孔刷网设置在所述阳极室底部，将导电碳颗粒与隔膜分开。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，还包括太阳能信号采集器;所述太阳能信号采集器的两端分别与阴极和阳极相连。
7.一种高浓度氨氮有机废水的处理方法，包括以下步骤：
将高浓度氨氮有机废水从进水口进入到阳极室，所述阳极室内部设有表面附着耐氨氮的电活性生物膜的阳极，进行暗反应，得到去除有机物的阳极液;
将所述去除有机物的阳极液通过阳极室底部与阴极室顶部相通的带阀门的管道进入到阴极室，所述阴极室内部设有表面附着光合藻菌共生生物膜的阴极，在白昼藻光反应，及夜晚光电转换器放电分别驱动的生物电化学作用下得到处理后的废水。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述高浓度氨氮有机废水以批式方式从进水口进入到阳极室。
9.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述高浓度氨氮有机废水中氨氮浓度为50～2000mg/L;所述高浓度氨氮有机废水中溶解性有机污染物浓度为100～5000mg COD/L。
说明书
一种处理高浓度氨氮有机废水的电化学装置及处理方法
技术领域
本发明涉及氨氮有机废水处理技术领域，尤其涉及一种处理高浓度氨氮有机废水的电化学装置及处理方法。
背景技术
伴随着工农业的快速发展，高浓度氨氮有机废水排放量急剧上升。高浓度氨氮有机废水来源广泛，包括食品加工、养殖和化工等行业排放的废水及垃圾渗滤液等。高浓度氨氮有机废水中除包含大量易降解的溶解性有机污染物外，往往还含有持久性或毒害性有机污染物，对生态环境和人类健康危害极大。此外，高浓度氨氮是环境水体富营养化和水质恶化的罪魁祸首。因此，高浓度氨氮有机废水的治理一直受到各国环保领域的高度重视。
近年，生物电化学技术在废水处理领域展现出极大的应用潜力，其特有的阴、阳极生物电化学环境为强化废水中有机污染物去除和同步废水脱氮创造了条件，但根据已有研究报道来看，存在以下技术问题：(1)采用连续流运行，将阳极出流体持续输入阴极将带入有机碳源，导致好氧异养菌大量生长，消耗氧气，导致阴极极化。(2)阴极采用曝气对氨氮硝化需额外耗能，且曝气搅动易破坏阴极表面生物膜，降低阴极生物电化学性能。(3)好氧生物阴极的氨氮硝化产物-硝酸盐回流至阳极反硝化脱氮势必带入氧气，破坏阳极的厌氧环境，降低阳极对有机污染物的生物电化学去除效能。以上问题均会降低有机污染物和氨氮的去除效率。因此，需改进现有生物电化学装置设计及运行方式，发挥其同步强化去除有机污染物和脱氮的技术优势。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种处理高浓度氨氮有机废水的电化学装置及处理方法，该装置具有较高的有机污染物和氨氮去除效率。
本发明提供了一种处理氨氮有机废水的电化学装置，包括反应室;
设置于所述反应室内部的隔膜;
所述隔膜将反应室分为阳极室和阴极室;
所述阳极室顶部设有进水口，所述阴极室底部设有出水口;
所述阳极室的底部设有与阴极室顶部相通的带阀门的管道;
设置于所述阴极室内部的阴极，所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜;
设置于所述阳极室内部的阳极，所述阳极表面附着耐氨氮的电活性生物膜;
与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻器和计时继电开关控制的光电转换器。
优选地，所述阳极为导电碳颗粒，所述阴极为条状多孔碳毡。
优选地，所述阳极室内设有多层耐腐蚀导电金属网;导电碳颗粒置于每层所述金属网上;
所述阴极室内顶部设有单层耐腐蚀导电金属网;条状多孔碳毡垂直交错固定于所述单层耐腐蚀导电金属网上。
优选地，还包括通气管;所述通气管设置在阴极室的底部。
优选地，还包括多孔刷网，所述多孔刷网设置在所述阳极室底部，将导电碳颗粒与隔膜分开。
优选地，还包括太阳能信号采集器;所述太阳能信号采集器的两端分别与阴极和阳极相连。
本发明提供了一种高浓度氨氮有机废水的处理方法，包括以下步骤：
将高浓度氨氮有机废水从进水口进入到阳极室，所述阳极室内部设有表面附着耐氨氮的电活性生物膜的阳极，进行暗反应，得到去除有机物的阳极液;
将所述去除有机物的阳极液通过阳极室底部与阴极室顶部相通的带阀门的管道进入到阴极室，所述阴极室内部设有表面附着光合藻菌共生生物膜的阴极，在白昼藻光反应，及夜晚光电转换器放电分别驱动的生物电化学作用下得到处理后的废水。
优选地，所述高浓度氨氮有机废水以批式方式从进水口进入到阳极室。
优选地，所述高浓度氨氮有机废水中氨氮浓度为50～2000mg/L;所述高浓度氨氮有机废水中溶解性有机污染物浓度为100～5000mg COD/L。
本发明提供了一种处理高浓度氨氮有机废水的电化学装置，包括反应室;设置于所述反应室内部的隔膜;所述隔膜将反应室分为阳极室和阴极室;所述阳极室顶部设有进水口，所述阴极室底部设有出水口;所述阳极室的底部设有与阴极室顶部相通的带阀门的管道;设置于所述阴极室内部的阴极，所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜;设置于所述阳极室内部的阳极，所述阳极表面附着耐氨氮的电活性生物膜;与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻和计时继电器控制的光电转换器。本发明将有机污染物和氨氮分别在阳极和阴极去除，避免了连续流从阳极带入有机碳源对阴极性能的负面影响，及消除了阴极硝化液回流至阳极带入氧气和硝酸盐对阳极性能的负面影响，使得该装置对氨氮有机废水具有较高的有机污染物和氨氮去除效率。利用阴极藻的交替暗光反应及藻菌协同，实现氨氮硝化、生物电化学还原硝酸盐、硝酸盐反硝化和藻吸收等连锁、多途径脱氮。同时，利用光电转换器在白天储存电能，在夜晚通过继电器接入电路，用于夜晚强化驱动装置的运行，强化夜晚阳极生物电化学降解有机污染物和阴极生物电化学反硝化脱氮。另外，分别采用藻光合供氧和光电池放电在昼、夜驱动生物电化学过程，消除了阴极曝气导致的额外能耗和对阴极生物膜的破坏，实现整个装置能量自持、无额外能耗，可持续和高效处理氨氮有机废水。