一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的涉及一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，屬于水處理【技術領域】。本反應器包括外殼、陽極、陽離子交換膜、陰極、陰離子交換膜等，其中的陽離子交換膜和陰離子交換膜將反應器內(nèi)腔依次分隔成陽極室、氮磷提取室和陰極室，陽極室內(nèi)懸掛有陽極，陰極室的側(cè)壁上固定有陰極，陽極室的底部與陰極室的底部通過管路相互連通；所述的陽極和陰極通過導線相連。本發(fā)明反應器可以在不需外部能源的條件下，同時實現(xiàn)生活污水凈化、產(chǎn)電、脫氮除磷以及鳥糞石生成，而且反應器的結(jié)構簡單，易操作維護，能耗低且效率高，便于工業(yè)生產(chǎn)與實用。
【專利說明】-種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明的涉及一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，尤其涉及一種污水 凈化、產(chǎn)電以及氮磷回收三合一功能的微生物氮磷回收電池，屬于水處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 水資源是人類賴以生存的重要自然資源，隨著工業(yè)社會的快速發(fā)展和人口的急速 增長，水環(huán)境污染和水體富營養(yǎng)化問題日益嚴重，提高污水凈化的效率并尋求污水資源化 的方法成為污水處理領域迫切需要解決的問題。氮磷元素是導致水體富營養(yǎng)化的主要污染 物，同時也是重要的資源，因而脫氮除磷以及氮磷回收一直是水處理重點關注的問題之一。 傳統(tǒng)污水處理工藝均基于生物曝氣的原理降解污水中有機物，并利用特定種類的微生物來 脫除氮磷，能耗較大，有二次污染問題，且氮磷元素無法回收利用。
[0003] 生物電化學系統(tǒng)是一類利用厭氧微生物降解污水中有機物時所傳遞的電子進行 能量生成或有用物質(zhì)合成的技術。在已有的發(fā)明名稱為《一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處 理工藝及裝置》、申請?zhí)枮?00910078036. 0的專利技術中公開了一種污水處理裝置，如圖1 所示，其工作原理是，可生化處理的有機廢水進入陽極A，在產(chǎn)電微生物6的作用下氧化分 解有機物并產(chǎn)生電子，電子從陽極4經(jīng)由外電路傳遞到陰極5上形成電流，在內(nèi)部電場力的 作用下，中間脫鹽室B中的陰離子經(jīng)過陰離子交換膜2進入陽極室A中，陽離子經(jīng)過陽離子 交換膜3進入陰極室C中，從而實現(xiàn)含鹽水脫鹽的目標。
[0004] 然而，該技術也存在一些不足。首先，在產(chǎn)電微生物催化氧化污水中有機物的過程 中會產(chǎn)生氫離子，氫離子過多積累會導致裝置產(chǎn)電性能下降，處理速率降低；此外，該工藝 僅能夠降解有機物，而無法去除氮磷元素，后續(xù)仍需要附加專門的氮磷處理工藝才能實現(xiàn) 污水的徹底凈化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，利用生活污 水中有機物化學能驅(qū)動脫氮除磷，以最終產(chǎn)出鳥糞石，同時實現(xiàn)污水凈化、產(chǎn)電以及氮磷回 收三種功能。
[0006] 本發(fā)明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，包括外殼、陽極、陽離子 交換膜、陰極、陰離子交換膜；所述的陽離子交換膜和陰離子交換膜分別置于反應器的外殼 內(nèi)，陽離子交換膜和陰離子交換膜將反應器內(nèi)腔依次分隔成陽極室、氮磷提取室和陰極室； 所述的陽極室內(nèi)懸掛有陽極，陽極室的上部設有陽極室進水口；所述的氮磷提取室的上部 設有氮磷提取室進水口，氮磷提取室的底部設有氮磷提取室出水口；所述的陰極室的側(cè)壁 上固定有陰極，陰極室的上部設有陰極室出水口，陽極室的底部與陰極室的底部通過管路 相互連通；所述的陽極和陰極通過導線相連。
[0007] 本發(fā)明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，其優(yōu)點是，對已有的水 處理裝置的結(jié)構進行了改進，交換其中的陰離子交換膜和陽離子交換膜的位置，以實現(xiàn)在 電場力作用下，陽離子（銨根）從陽極室穿過陽離子交換膜進入氮磷提取室，陰離子（磷 酸根）從陰極室穿過陰離子交換膜進入氮磷提取室，從而實現(xiàn)污水中氮磷的脫除。從氮磷 提取室中取出的氮磷提取液經(jīng)進一步濃縮，調(diào)節(jié)pH及投加氯化鎂藥劑等處理后，可產(chǎn)生出 鳥糞石。由于陽極產(chǎn)電微生物可以催化污水中有機物的氧化分解，因而本發(fā)明反應器同時 具備污水凈化的功能。陽極室出水口與陰極室進水口相連通，在陰陽極室中進行污水的充 分循環(huán)，可以利用陽極室中所產(chǎn)生的氫離子與陰極室中所產(chǎn)生的氫氧根離子間的中和反應 來穩(wěn)定污水的pH條件，從而維持反應器的產(chǎn)電性能，獲得更好的處理效果。本發(fā)明反應器 可同時實現(xiàn)污水凈化、產(chǎn)電、脫氮除磷與產(chǎn)有用物質(zhì)，且陰陽極室的pH條件穩(wěn)定，處理效果 好，生產(chǎn)過程無能量輸入，工藝簡單，易操作，能耗低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是已有的污水處理裝置的結(jié)構示意圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器的結(jié)構示意圖。 [0010] 圖1和圖2中，1是外殼，2是陰離子交換膜，3是陽離子交換膜，4是陽極，5是陰 極，6是產(chǎn)電微生物，7是陽極室進水口，8是陽極室，9是管路，10是氮磷提取室，11是氮磷 提取室出水口，12是陰極室，13是陰極室出水口，14是氮磷提取室進水口。

【具體實施方式】
[0011] 本發(fā)明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，其結(jié)構如圖2所示，包 括外殼1、陽極4、陽離子交換膜3、陰極5和陰離子交換膜2。陽離子交換膜3和陰離子交 換膜2分別置于反應器的外殼內(nèi)，陽離子交換膜3和陰離子交換膜2將反應器內(nèi)腔依次分 隔成陽極室8、氮磷提取室10和陰極室12。陽極室8內(nèi)懸掛有陽極4,陽極室8的上部設有 陽極室進水口 7。氮磷提取室10的上部設有氮磷提取室進水口 14,氮磷提取室10的底部 設有氮磷提取室出水口 11。陰極室12的側(cè)壁上固定有陰極5,陰極室的上部設有陰極室出 水口 13,陽極室8的底部與陰極室12的底部通過連接陰陽極室的管路9相互連通，陽極8 和陰極5通過導線相連。
[0012] 以下結(jié)合附圖，詳細介紹本發(fā)明反應器的工作原理和工作過程：
[0013] 污水從陽極室進水口 2進入陽極室3,其中的有機物被產(chǎn)電微生物氧化分解而去 除，產(chǎn)電微生物將電子傳遞到陽極4,電子再經(jīng)外電路傳遞到陰極5形成外電流，外電流方 向為由陰極5指向陽極4,內(nèi)電場的方向為由陽極室8指向陰極室12。污水進入陽極室8 時，其中的含氮離子（銨根）將在電場力作用下穿過陽離子交換膜3進入氮磷提取室10,污 水繼續(xù)循環(huán)進入陰極室12時，其中的含磷離子（磷酸根）將在電場力作用下穿過陰離子交 換膜2進入氮磷提取室10,從而實現(xiàn)污水脫氮除磷。氮磷提取室8中充滿一定濃度的氯化 鈉溶液，用以保證內(nèi)電路導通。氮磷提取室10的出水口 11流出的水中含有從污水中收集 的氮磷相關離子，在控制pH及投加其他藥物的條件下，最終可以生成鳥糞石沉淀。
[0014] 本發(fā)明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，處理的污水為含有氮磷 的可生化處理的有機廢水，污水在陽極室8與陰極室12間循環(huán)，直至完全凈化，循環(huán)方向為 流經(jīng)陽極室8后經(jīng)過管路9進入陰極室12。反應器中所用的陽離子交換膜3和陰離子交 換膜2分別為透過率不小于90%的無毒工業(yè)用電滲析離子交換膜，厚度為0. 2?0. 5mm，爆 破強度不小于0. 3MPa ;陰極室12中靠近陰極5處可以放置玻璃纖維類的分隔材料，厚度為 1. 0_，以緩解陰極5接觸污水后可能發(fā)生的生物污染。陽極室8內(nèi)可以填充導電多孔材料， 以增大產(chǎn)電微生物附著面積并促進電子的導出，填充材料包括石墨顆粒、碳氈或活性炭等， 粒徑范圍為1?5mm。
[0015] 本發(fā)明反應器的一個實施例中，，含COD 368mg/L、氨氮23mg/L、總磷6mg/L的模擬 生活污水由陽極室8連續(xù)流入，再流經(jīng)陰極室12后循環(huán)回陽極室8,污水中所含的COD、氨 氮、總磷在該過程中均得到去除，最終處理氮磷提取液后得到鳥糞石。經(jīng)該裝置處理后，污 水C0D去除率達70 %，氨氮去除率達80 %，總磷去除率達50 %，鳥糞石產(chǎn)出率達40 %。
【權利要求】
1. 一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，其特征在于該反應器包括外殼、陽 極、陽離子交換膜、陰極、陰離子交換膜；所述的陽離子交換膜和陰離子交換膜分別置于反 應器的外殼內(nèi)，陽離子交換膜和陰離子交換膜將反應器內(nèi)腔依次分隔成陽極室、氮磷提取 室和陰極室；所述的陽極室內(nèi)懸掛有陽極，陽極室的上部設有陽極室進水口；所述的氮磷 提取室的上部設有氮磷提取室進水口，氮磷提取室的底部設有氮磷提取室出水口；所述的 陰極室的側(cè)壁上固定有陰極，陰極室的上部設有陰極室出水口，陽極室的底部與陰極室的 底部通過管路相互連通；所述的陽極和陰極通過導線相連。
【文檔編號】C02F9/14GK104150681SQ201410284712
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權日:2014年6月23日
【發(fā)明者】黃霞, 陳熹, 孫冬雅, 梁鵬 申請人:清華大學