[发明专利]一种同步产电去除地下水硝酸盐的水处理工艺及装置

权利要求书

1.一种同步处理污水、产电和去除地下水硝酸盐的水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（a）安装设备；

（b）污水进入阳极室A，阳极2上的产电微生物1将污水中的污染物氧化并将产生电子传递给阳极2，微生物燃料电池外电路的电流方向为从阴极5流向阳极2；

（c）微生物燃料电池内电路的电流方向为从阳极2流向阴极5，阳极室A中的阳离子透过阳离子交换膜3进入阴极室B；

（d）地下水室C中加入待处理的硝酸盐污染地下水，由于与阴极室B存在较大的离子梯度，硝酸根离子会穿过阴离子交换膜6进入阴极室B，而电子经由导线和外电阻7传递至阴极5并进一步传递给自养反硝化微生物4，使硝酸根离子在自养反硝化微生物4的作用下被还原为氮气，完成产电过程和硝酸盐的反硝化；

（e）由于硝酸根离子持续被还原，硝酸根离子在离子梯度的驱动下会持续由地下水室C进入阴极室B，此外，地下水中的碳酸根和碳酸氢根离子也会穿过阴离子交换膜6进入阴极室B作为自养反硝化微生物4生长的碳源。

2.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理工艺，其特征在于，所述污水为可生化处理的有机废水。

3.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理工艺，其特征在于， 所述产电微生物为驯化的混合微生物菌群，其优化的产电条件为：温度25～40oC，pH值8～10，溶解氧浓度<0.2mg/L。

4.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理工艺，其特征在于，所述的自养反硝化微生物的优化生长条件为：温度25～35oC，pH值8～10，溶解氧浓度为0.1～0.5mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理工艺，其特征在于，所述硝酸盐为电子受体，硝酸盐污染的地下水中硝酸盐态氮的浓度为20～100mg/L。

6.一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理装置，其特征在于阳离子交换膜3和阴离子交换膜6将处理装置分为阳极室A、阴极室B和地下水室C；在阳极室A内放置阳极2，在阴极室B内放置阴极5，并在阳极2和阴极5上分别驯化、富集产电微生物1和自养反硝化微生物4；阳极2和阴极5通过导线和外电阻7相连接。

7.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理装置，其特征在于，所述阳离子交换膜3和阴离子交换膜6为透过率≥90%的无毒离子交换膜，膜厚度0.2～0.5mm，爆破强度≥0.3MPa。

8.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理装置，其特征在于，所述阳极2上的产电微生物1和阴极5上的自养反硝化微生物4所形成的膜厚度为20～100μm。

9.根据权利要求1所述的一种同步处理污水产电去除地下水硝酸盐的水处理装置，其特征在于，所述阳极室A内阳极2和阴极室B内阳极5的材料包括：石墨粒，粒径1～5mm；或石墨毡，厚度5～10mm；或碳毡，厚度5～10mm；或碳布，厚度0.1～0.45mm。