[发明专利]一种基于生物电化学的脱氮除硫反应装置

说明书

本发明公开了一种基于生物电化学的脱氮除硫反应装置，包括基座、下腔体、上腔体、三相分离器、质子交换膜组件、恒电位仪及循环水浴锅；本发明下腔体的阳极筒用于发生厌氧氨氧化反应，上腔体的阴极筒用于硫酸盐还原反应；所述阳极筒内厌氧氨氧化产生质子和电子，其中，电子通过阳极电极、恒电位仪传递到阴极电极，在特定电压下耦合厌氧氨氧化反应过程与硫酸盐还原反应过程，质子通过质子交换膜进入上腔体以强化阴极筒内电活性硫酸盐的还原菌发生还原反应，通过电诱导调控富集电活性微生物，为厌氧氨氧化与硫酸盐还原协同处理废水的有效结合。

技术领域

本发明涉及生物电化学技术领域，尤其是一种基于生物电化学的脱氮除硫反应装置。

背景技术

传统的脱氮技术即硝化反硝化需要大量碳源供入，成本高且容易造成二次污染，而厌氧氨氧化技术不仅对高氨氮废水处理有着卓越的效果，在底物上也不需要有碳源的输入，底物仅为氨氮和亚硝酸盐。这比传统的脱氮技术有着明显的优势。对于污水厂、化肥厂等产生的高氨氮废水对环境有着潜在的伤害。因此，对高氨氮去除且保证绿色环保不造成二次危害的情况下，探索开发新的厌氧氨氧化技术亟待解决。目前研究兴起的微生物电化学技术是利用电活性微生物具有电子传递这一特性，通过电诱导电活性微生物富集，不仅实现对废水的氧化还原降解，并且可以自发产生电能，逐渐实现低能耗应用。厌氧氨氧化（ANAMMOX）系统在对氨氮废水降解时，anammox菌氧化产生的电子通过钛/碳毡复合电极传递到阴极，通过电诱导构建氧化还原通道将anammox菌的氧化作用同另一极的还原反应贯穿。

工业硫酸盐废水是当前工业界不可忽视的一个重要问题，其难降解、硫酸盐还原菌（SRB）对生长环境要求苛刻，难以培养。但由于其在处理高硫酸盐废水时是一种明确的还原反应，前期大量的实验已经验证了将厌氧氨氧化同硫酸盐还原具有着可行性，但对二者联合作用的条件仍有待研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于生物电化学的脱氮除硫反应装置，本发明采用法兰连接的下腔体、上腔体及三相分离器构成，在下腔体及上腔体内分别设置了阳极电极及阴极电极，在下腔体与上腔体之间设置了质子交换膜组件，并在腔体外配置了恒电位仪及循环水浴锅；本发明下腔体的阳极筒用于发生厌氧氨氧化反应，上腔体的阴极筒用于硫酸盐还原反应；所述阳极筒内厌氧氨氧化产生质子和电子，其中，电子通过阳极电极、恒电位仪传递到阴极电极，在特定电压下耦合厌氧氨氧化反应过程与硫酸盐还原反应过程，质子通过质子交换膜进入上腔体以强化阴极筒内电活性硫酸盐的还原菌发生还原反应，通过电诱导调控富集电活性微生物，为厌氧氨氧化与硫酸盐还原协同处理废水的有效结合。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于生物电化学的脱氮除硫反应装置，其特点包括基座、下腔体、上腔体、三相分离器、质子交换膜组件、恒电位仪及循环水浴锅；

所述基座为框体件，其框体顶面的中心设有空穴、顶面的周边设有连接座；

所述下腔体由阳极筒及阳极电极构成；所述阳极筒为筒状件，筒体壁上设有封闭的第一水浴夹层，筒体两端均设有连接法兰，筒体上邻近顶部与底部的侧壁上分别设有与第一水浴夹层贯通的第一水浴出口及第一水浴进口，筒体上邻近顶部的侧壁上设有与筒体贯通的阳极腔出水口，筒体的底部设有与筒体贯通的阳极腔进水口，筒体上邻近顶部的内经设有径向收缩的第一变径段；

筒体内设有阳极电极座，筒体侧壁上设有阳极导线口；所述阳极电极设于阳极电极座上，阳极电极上连接有导线，且导线由阳极导线口引出；

所述上腔体由阴极筒、活性污泥颗粒隔离板及阴极电极构成；所述阴极筒为筒状件，筒体壁上设有封闭的第二水浴夹层，筒体两端均设有连接法兰，筒体上邻近顶部及底部的侧壁上分别设有与第二水浴夹层贯通的第二水浴出口及第二水浴进口，筒体上邻近底部的侧壁上分别设有与筒体贯通的阴极腔进水口及第一排气口；筒体上邻近底部的内经设有径向收缩的第二变径段；