[发明专利]一种微生物燃料电池废水脱氮装置及方法

说明书

本发明公开了一种微生物燃料电池废水脱氮装置及方法，涉及微生物燃料电池与水处理技术领域，包括阳极室、阴极室、质子交换膜，阳极室和阴极室通过质子交换膜隔开，阳极室和阴极室内分别设置电极并通过导线连接，电极均为碳刷，并在导线上连接外电阻形成闭合回路，阳极室和阴极室内还分别设有饱和甘汞电极；阴极室顶部设有取样口，内部填充有填料，填料包括生物陶粒和铁碳微电解填料；还包括通气装置，通气装置交替向阴极室内通入二氧化碳和空气。在燃料电池中填充生物陶粒和铁碳微电解填料可提高微生物的附着和电子传递效果，阴极室交替通入空气和二氧化碳可达到同步硝化、反硝化，从而使得脱氮效果得到显著提高。

技术领域

本发明涉及微生物燃料电池与水处理技术领域，特别是涉及一种微生物燃料电池废水脱氮装置及方法。

背景技术

废水中的氮污染是一个世界性的环境问题。传统的废水生物处理需要额外的碳源和功率输入，以保持较高的去除效率，既消耗了有限的资源，又增加了运行维护费用。此外，反硝化过程中还会产生大量污泥。

生物电化学系统是利用微生物作为催化剂来驱动电极表面发生氧化和还原反应的装置。该技术具有广阔的应用前景，包括废水处理、生物发电、生物修复并生产有价值的副产品。在此基础上发展出的微生物燃料电池作为一种有效的污水处理及回收清洁能源的新兴技术得到广泛关注，可用来进行脱氮。

常见的影响燃料电池脱氮的因素有外加电压、pH、电极材料、电池结构等，其中不同类型碳源的投加使得燃料电池的脱氮效果大不相同。常用的碳源有乙酸钠、甲醇和葡萄糖等有机碳源，像二氧化碳等无机碳源作为微生物的营养物质的研究较少。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种微生物燃料电池废水脱氮装置及方法，将二氧化钛作为碳源，为微生物提供营养物质进行脱氮处理。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种微生物燃料电池废水脱氮装置，包括阳极室、阴极室、质子交换膜，阳极室和阴极室通过质子交换膜隔开，阳极室上端、下端分别设有阳极室出水口、阳极室进水口，阴极室上端、下端分别设有阴极室出水口、阴极室进水口，阳极室和阴极室内分别设置电极并通过导线连接，电极均为碳刷，并在导线上连接外电阻形成闭合回路，阳极室和阴极室内还分别设有饱和甘汞电极；阴极室顶部设有取样口，内部填充有填料，填料包括生物陶粒和铁碳微电解填料；还包括通气装置，通气装置交替向阴极室内通入二氧化碳和空气。

本发明进一步限定的技术方案是：

前所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，通气装置包括二氧化碳气瓶和空气泵，二氧化碳气瓶还连接有玻璃转子流量计，阴极室内底部设有微孔曝气盘，二氧化碳气瓶和空气泵分别与微孔曝气盘连接。

前所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，阳极室内填充有厌氧污泥，其体积为阳极室体积的2/3。

前所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，生物陶粒包括凹凸棒土50%-90%和稻壳粉5%-30%，其粒径为2-5mm。

前所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，铁碳微电解填料为钠基膨润土，包括蒙脱石60%-88%、膨胀容25-50mg/L、2h吸水率：250%-350%。

前所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，生物陶粒和铁碳微电解填料的配比比例为(5:1)-(2:1），总填充量为阴极室体积的(1/3)-(2/3)，且气体的通入使得填料处于半流化状态。

前所述的一种微生物燃料电池废水脱氮装置，阳极室和阴极室内分别加入有机培养液，分别占阳极室和阴极室体积的1/3。