[發明專利]一種生物電化學反應器及其在降解氟代硝基苯類廢水中的應用

有效

• 申請號: 201510022951.3
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104628090A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 王炎鋒;馮華軍;張學勤;梁禹翔;沈東升;周玉央;龍於洋;汪美貞;殷峻
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種生物電化學反應器及其在降解氟代硝基苯類廢水中的應用。

背景技術

有機氟產品廣泛用于軍工、電子、紡織、輕工、醫藥和農業等各方面，已成為化工行業中發展最快、最具前景的產業之一，但與此同時也產生了大量的有機氟污染物。目前國內處理氟鹽廢水的方法主要有沉淀法、混凝法和吸附法，但這些方法均是只對含氟廢水中的氟鹽進行去除，對有機氟污染物的處理效果不佳。

氟代硝基苯類化合物是典型的難降解有毒有機氟污染物，由于此污染物中的硝基和氟原子均為吸電子基，使得苯環上的電子云密度大大下降，使氧化酶的親電子攻擊大大受阻，造成在自然界中較難被降解，具有“三致性”、“脂溶性”，為國際公認危險污染物。采用傳統的生物處理法雖然能實現硝基到胺基的還原，但在脫氟方面效率較低。換言之，有機氟污染物的毒性并沒有減小。

生物電催化技術是一種將微生物代謝與電化學催化原理相結合的新型廢水處理技術。該技術是利用電極微生物強大的胞外電子傳遞能力，直接(或間接)地向電極提供(或從電極獲得)電子，并通過微生物酶對目標物作用，從而形成微生物與電化學有機結合的功能體系，定向地轉化或者降解污染物。利用該技術可以在陽極實現在陽極有機污染物的氧化，在陰極實現氧化性污染物的還原。

如公開號為CN?103787490?A的中國發明專利申請公開了一種用于處理有機氟廢水的生物電化學反應器及有機氟廢水的處理方法，該生物電化學反應器包括床體，床體內分為陰極室和陽極室，陰極室內設生物陰極，陽極室內設生物陽極，陰極室和陽極室底部通過導管相連。廢水首先進入?陰極，在陰極微生物的催化作用下，目標污染物被還原從而降低了生物毒性，可生化性提高；然后陰極室的出水進入到陽極室進行氧化，最終使污染物達到礦化。

該生物電化學反應器的不足之處在于：①其使用的陰極微生物為中溫微生物，而中溫微生物很容易在電場作用下發生褶皺甚至死亡，有研究表明中溫生物電化學系統在運行一段時間后生物量和蛋白含量明顯下降，這大大限制了工程實際的應用；②其為雙室反應器，反應器內內阻較大，能耗較高，并且很多雙室反應器中需要用到離子交換膜，運行成本大，且傳質效率不高。

公告號為CN?102351312?B的中國發明專利公開了一種生物電化學脫氮反應器，包括床體，生物陰極和生物陽極分別置于床體內兩側，且分別與直流電源的負極和正極連接。在陽極，氨態氮在氨氧化菌群的作用下被氧化為亞硝態氮和硝態氮，同時向電路中提供電子；在陰極，亞硝態氮和硝態氮在反硝化菌群的作用下利用外電路提供的電子被還原成氮氣。生物硝化反硝化在同一反應器中進行，實現完全自養同步脫氮。

該生物電化學反應器雖然是單室反應器，但陰極和陽極的面積較小，兩者之間的間隔較大，陰極與陽極之間發生的電化學反應續接不暢；且陽極處在陰極的下游，僅對廢水作一次連續處理，降解效率不高。

發明內容

本發明公開了一種生物電化學反應器，該生物電化學反應器對廢水的處理效率大大提高。

一種生物電化學反應器，包括床體，床體內設有電極，所述電極為徑向透水的螺旋卷式電極，所述床體內還設有處于螺旋卷式電極外圍的布水器，以及處于螺旋卷式電極中心位置的出水裝置。

本發明的床體屬于單室反應器，并且電極不是常規的板式陽極或陰極，而是可徑向透水的螺旋卷式電極，該螺旋卷式電極由相互絕緣的陰極電極和陽極電極卷繞而成，陰陽極同時對污染物進行處理，不僅提高了處理效率，而且簡便了操作步驟，降低了處理成本。

同時，在螺旋卷式電極外圍設置布水器，在螺旋卷式電極中心設置出?水裝置，待處理廢水由螺旋卷式電極外圍向中心滲透，螺旋卷式電極由外向內含有多個螺旋，從而形成多個能對廢水進行多次處理的陰極-陽極組，大大提高廢水的處理效率。

本發明的螺旋卷式電極中，陽極層和陰極層的內外順序可根據廢水的具體種類而定。

作為優選，所述螺旋卷式電極包括陽極層、陰極層、以及位于陽極層和陰極層之間的隔離層，陽極層與陰極層之間連接電源。廢水可透過性的隔離層起到絕緣的作用，防止陽極層與陰極層接觸而發生短路。

作為優選，所述隔離層為硬性網孔結構，可選用聚四氟乙烯材料制成。一方面，陽極層或陰極層一般采用碳氈或碳纖維材料制成，材質較軟，硬性的隔離層可以對陽極層或陰極層起到支撐的作用；另一方面，在隔離層上開設網孔，更有利于廢水透過。