[发明专利]一种具有弧形结构的生物电化学电极及其应用

说明书

本发明公开了一种具有弧形结构的生物电化学电极及其应用，其包括相对设置的阳极和阴极，该阳极、阴极分别形成有至少一个弧型子电极；且阳极、阴极中，各自的弧型子电极的圆心角角度独立地为60°‑180°；以及采用上述生物电化学电极的处理难降解废水的生物电化学装置；该具有弧形结构的生物电化学电极不仅提升了生物相容性，而且可以在水流的作用下将死亡菌种以及杂质菌、废弃物有效去除，促进了电化学活性细菌生物膜的形成及其稳定性，同时其阴阳两极还可以设置地更近，加快了电极之间的电子传递效率，得到较高的电流密度，从而使得该电极可以应用于难降解废水的预处理当中，可有效地提升废水的可生化性，为后端生物处理段缓解处理负担。

技术领域

本发明涉及微生物电化学技术领域，具体涉及了一种具有弧形结构的生物电化学电极及其应用，该生物电化学电极能够提高难降解废水的可生化性。

背景技术

生物电化学系统作为一种兼顾废水处理及能源产生的可持续发展技术，其已在难降解废水预处理中展现了巨大潜力。工作原理为系统的阳极电化学活性细菌氧化废水中的有机底物产生电子，随后经外电路传递至阴极作用于难降解物质的还原反应，达到高效去除难降解污染物的目的。同时，当施加额外电压可定向强化降解废水中的有机物。因此，该系统具有外加能量低，处理效能高等优势。

电极是生物电化学系统结构和功能的关键部分，其可以促进电化学活性细菌进行电子转移，进而加速难降解污染物的降解。阳极为电化学活性微生物代谢提供了场所，并通过阳极反应降低了阴极电势，从而间接影响了污染物的降解效率。阴极作为电子给体，直接影响着难降解污染物的还原效率。与阳极一样，阴极对微生物-电极相互作用所形成的生物膜也有重要影响。通常，电极表面反应很大程度上取决于所用电极材料的特性。在过去的几十年中，电极主要由碳基材料制成，例如碳刷，碳布，碳纤维毡，石墨颗粒等，这些材料具有比表面积大，耐腐蚀，生物相容性好和稳定性高的特点。同时，采用氮掺杂、碳纳米管负载、导电聚合物修饰等方法改变不锈钢材料特性的研究多有报道。然而，由于采用传统碳基材料和改性修饰不锈钢电极都存在经济可行性较差等缺陷，导致它们难以应用于实际大规模的难降解废水预处理当中，而且还存在生物持留性低、处理效能差等不足的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种改进的能够提高难降解废水可生化性的具有弧形结构的生物电化学电极，其能够解决上述现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明同时还提供了一种包括上述具有弧形结构的生物电化学电极的处理难降解废水的生物电化学装置，且其中的阳极、阴极分别沿竖直方向延伸。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有弧形结构的生物电化学电极，其包括相对设置的阳极和阴极，所述阳极、所述阴极分别形成有至少一个弧型子电极；且所述阳极、所述阴极中，各自的所述弧型子电极的圆心角角度独立地为60°-180°。

根据本发明的一些优选方面，各自的所述弧型子电极的圆心角角度独立地为120°-180°。

本发明中，各自的所述弧型子电极的圆心角角度若小于60°，对于生物持留性改善不明显，同时生物相容性不佳，且难以较好地促进电化学活性细菌生物膜的形成；各自的所述弧型子电极的圆心角角度若大于180°，会造成死亡菌种以及杂质菌、悬浮颗粒等堆积，阻碍电化学活性菌的富集，且会严重降低电子传递速率。

根据本发明的一些优选方面，所述阳极、所述阴极分别形成有至少两个弧型子电极，且所述阳极、所述阴极中，各自的两两相邻的所述弧型子电极之间形成有直线电极，该直线电极可以避免相邻的弧型子电极之间产生干扰，同时还可以给后期固定阳极和阴极预留位置。

根据本发明的一些优选方面，所述阳极与所述阴极相互平行。

根据本发明的一些优选方面，所述阳极与所述阴极之间的距离为0.001-3mm。