[发明专利]一种强化微生物电化学脱氮的方法与大阴极室连续流生物电化学反应装置

说明书

本发明公开了一种强化微生物电化学脱氮的方法与大阴极室连续流生物电化学反应装置。一种强化微生物电化学脱氮的方法是将经过预处理的三维电极石墨粒进行表面修饰，将得到的表面修饰的三维电极石墨粒置于微生物电化学电解池的阴极室中，增大阴极的表面积，强化微生物电化学脱氮。一种大阴极室连续流生物电化学反应装置是将阴极室设置为连续流结构，并用三维电极石墨粒增大阴极表面积。本发明通过表面修饰的三维电极石墨粒增大阴极表面积，能显著提高电解池的反硝化速率，而一种大阴极室连续流生物电化学反应装置能很好的运用于实际污染地下水的降污。

技术领域

本发明属于地下水生物处理技术领域，具体涉及一种强化微生物电化学脱氮的方法与大阴极室连续流生物电化学反应装置。

背景技术

地下水是地球上仅次于冰川的最大的淡水库，它不仅是水文循环的一个重要组成部分，还是人类的重要水资源。它具有地域分布广、随时接受降水和地表水补给、便于开采、水质较好、径流缓慢等特点，具有重要的供水价值。特别是对于郊区和农村地区，地下水更是重要的饮用水水源。随着地表水污染的加剧，人类对地下水的依存程度将继续增加。目前我国地下水资源污染严重。据我国130个城市和地区地下水水质统计分析，多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，使一些物质在局部区域超标，污染呈上升趋势，主要超标元素包括矿化度、总硬度、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、pH值、铁和锰。总的来说，从污染程度上来看，北方城市污染普遍较南方严重，污染元素多且超标率高，特别是华北地区，污染最为突出。从污染元素来看，“三氮”污染在全国均较突出，普遍受到污染。而“三氮”的污染对人体的主要危害体现在亚硝氮的强烈致癌作用，因此地下水氮污染问题的处理显得刻不容缓。

传统的地下水的处理方法是膜处理方法，膜处理方法虽然可以达到很好的处理效果，但是膜处理方法同时也面临着膜材料昂贵，运行成本高，有些甚至还有二次污染的问题，而电化学法作为高级氧化法的一种，具有无二次污染、无需外加化学试剂、反应条件温和、氧化性极强等特点，在废水处理过程中得到了大量的应用。微生物电解池（MEC）是利用外加电源，使得一些功能微生物以电极作为电子供体，在微电场的刺激下，加速污染物的降解。MEC难以大规模应用于实际生产的原因是能耗大而且去除污染物的速率不高。电极是决定MEC影响电化学反应的主要因素，其中阴极是微生物生长繁殖以及胞外电子传递效率的关键。因此选用性能优秀、费用低廉的阴极材料，设计合理的阴极极结构十分重要。本发明设计一种新型的可放大且费用低的高性能阴极，旨在提供加速降解污染物的方法。

为了提高反硝化速率，本发明设计了一种大阴极室连续流电化学反应器，阴极室内废水可以实现连续流动，从而达到连续去除硝酸根的目的，增大微生物可利用的阴极表面积，实现有效的电流收集是设计大尺寸MEC阴极的关键。由于颗粒碳材料在生活中易于获取，来源广泛，且拥有较大的比表面积，其作为三维电极材料是非常合适的选择。因此三维电极石墨粒广泛应用于各种生物电化学系统中。此外在之前的学者研究表明对电极材料的一些修饰会使得电极的电化学性能有一定的提升，而之前的研究也主要集中在阳极的修饰上，之前的研究表明用一些金属氧化物和导电聚合物等能明显促进MFC的产电，但是对生物阴极进行处理促进污染物降解的研究并不多，本发明旨在通过对三维电极进行修饰处理作为生物阴极和优化反应器的结构达到最后的目的。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于对三维电极采用不同的物理化学处理，得到促进反硝化过程的处理方法。

本发明的另一目的在于提供一种大阴极室连续流生物电化学反应装置，用于地下水的处理。

本发明的再一目的在于将修饰的三维电极石墨粒及其制备的污染物降解装置应用于以污染的地下水为主的各种废水的处理。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种强化微生物电化学脱氮的方法，包括如下步骤：

（1）将经过表面修饰的三维电极石墨粒填充在微生物电解池的阴极室，增大阴极表面积；