[發明專利]一種強化微生物電化學脫氮的方法與大陰極室連續流生物電化學反應裝置

有效

• 申請號: 201611148203.0
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106630116B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 馮春華;陳文航;唐榮;吳迪;韋朝海
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種強化微生物電化學脫氮的方法與大陰極室連續流生物電化學反應裝置。一種強化微生物電化學脫氮的方法是將經過預處理的三維電極石墨粒進行表面修飾，將得到的表面修飾的三維電極石墨粒置于微生物電化學電解池的陰極室中，增大陰極的表面積，強化微生物電化學脫氮。一種大陰極室連續流生物電化學反應裝置是將陰極室設置為連續流結構，并用三維電極石墨粒增大陰極表面積。本發明通過表面修飾的三維電極石墨粒增大陰極表面積，能顯著提高電解池的反硝化速率，而一種大陰極室連續流生物電化學反應裝置能很好的運用于實際污染地下水的降污。

技術領域

本發明屬于地下水生物處理技術領域，具體涉及一種強化微生物電化學脫氮的方法與大陰極室連續流生物電化學反應裝置。

背景技術

地下水是地球上僅次于冰川的最大的淡水庫，它不僅是水文循環的一個重要組成部分，還是人類的重要水資源。它具有地域分布廣、隨時接受降水和地表水補給、便于開采、水質較好、徑流緩慢等特點，具有重要的供水價值。特別是對于郊區和農村地區，地下水更是重要的飲用水水源。隨著地表水污染的加劇，人類對地下水的依存程度將繼續增加。目前我國地下水資源污染嚴重。據我國130個城市和地區地下水水質統計分析，多數城市地下水受到一定程度的點狀和面狀污染，使一些物質在局部區域超標，污染呈上升趨勢，主要超標元素包括礦化度、總硬度、硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、pH值、鐵和錳。總的來說，從污染程度上來看，北方城市污染普遍較南方嚴重，污染元素多且超標率高，特別是華北地區，污染最為突出。從污染元素來看，“三氮”污染在全國均較突出，普遍受到污染。而“三氮”的污染對人體的主要危害體現在亞硝氮的強烈致癌作用，因此地下水氮污染問題的處理顯得刻不容緩。

傳統的地下水的處理方法是膜處理方法，膜處理方法雖然可以達到很好的處理效果，但是膜處理方法同時也面臨著膜材料昂貴，運行成本高，有些甚至還有二次污染的問題，而電化學法作為高級氧化法的一種，具有無二次污染、無需外加化學試劑、反應條件溫和、氧化性極強等特點，在廢水處理過程中得到了大量的應用。微生物電解池（MEC）是利用外加電源，使得一些功能微生物以電極作為電子供體，在微電場的刺激下，加速污染物的降解。MEC難以大規模應用于實際生產的原因是能耗大而且去除污染物的速率不高。電極是決定MEC影響電化學反應的主要因素，其中陰極是微生物生長繁殖以及胞外電子傳遞效率的關鍵。因此選用性能優秀、費用低廉的陰極材料，設計合理的陰極極結構十分重要。本發明設計一種新型的可放大且費用低的高性能陰極，旨在提供加速降解污染物的方法。

為了提高反硝化速率，本發明設計了一種大陰極室連續流電化學反應器，陰極室內廢水可以實現連續流動，從而達到連續去除硝酸根的目的，增大微生物可利用的陰極表面積，實現有效的電流收集是設計大尺寸MEC陰極的關鍵。由于顆粒碳材料在生活中易于獲取，來源廣泛，且擁有較大的比表面積，其作為三維電極材料是非常合適的選擇。因此三維電極石墨粒廣泛應用于各種生物電化學系統中。此外在之前的學者研究表明對電極材料的一些修飾會使得電極的電化學性能有一定的提升，而之前的研究也主要集中在陽極的修飾上，之前的研究表明用一些金屬氧化物和導電聚合物等能明顯促進MFC的產電，但是對生物陰極進行處理促進污染物降解的研究并不多，本發明旨在通過對三維電極進行修飾處理作為生物陰極和優化反應器的結構達到最后的目的。

發明內容

為了解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于對三維電極采用不同的物理化學處理，得到促進反硝化過程的處理方法。

本發明的另一目的在于提供一種大陰極室連續流生物電化學反應裝置，用于地下水的處理。

本發明的再一目的在于將修飾的三維電極石墨粒及其制備的污染物降解裝置應用于以污染的地下水為主的各種廢水的處理。

本發明目的通過以下技術方案實現。

一種強化微生物電化學脫氮的方法，包括如下步驟：

（1）將經過表面修飾的三維電極石墨粒填充在微生物電解池的陰極室，增大陰極表面積；