[發明專利]一種微生物電解脫鹽池反應器裝置

有效

• 申請號: 201810761998.5
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108862548B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 王允坤;李佳歡;劉汝東;王曙光
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28;C02F3/34;C02F101/10;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明涉及一種微生物電解脫鹽池反應器裝置，屬于廢水生物處理技術領域，包括陽極室和陰極室，陽極室和陰極室之間設置有1組或多組離子交換膜膜對，陽極室內設置有生物碳氈電極，陽極室有產電微生物，陰極室內設置有不銹鋼網電極，生物碳氈電極通過導線經外電壓與不銹鋼網電極連接，陽極室和陰極室采用硅膠管連接形成閉合回路；離子交換膜膜對包括陽離子交換膜和陰離子交換膜，離子交換膜對中相鄰兩種離子交換膜之間有腔室隔開，形成產品室，產品室利用硅膠管形成閉合回路。本發明在保證污水得到處理的同時可以從中回收氮磷等資源，并且能夠不用額外的加入緩沖液，實現電極室pH的穩定，克服傳統MEC加入緩沖液引起的二次污染的缺點。

技術領域

本發明涉及一種微生物電解脫鹽池反應器裝置，屬于廢水生物處理技術領域。

背景技術

由于人類對水環境使用率低，并且缺乏管理，因而產生了大量的污水，過度的開采使得淡水資源和磷等礦物資源短缺成為全球面臨的兩個主要挑戰。在實現污水處理回用的同時達到資源回收則被認為是一種能同時解決這兩個問題的重要途徑。然而，目前的城市污水處理能耗非常高，在活性污泥處理系統中，曝氣是污水處理廠中必不可少的過程，占據能量消耗的最大份額，約為污水處理廠能量消耗的45％-75％，同時產生大量的剩余污泥。一些新式污水深度處理技術則由于高成本，復雜的前處理過程，吸附劑易被污染等問題在實際應用中受限。因此，開發一種低能耗的污水處理工藝，在實現污水回用的同時回收氮磷等資源將是一件非常有意義的事情。

生物電化學系統(BES技術)可在有效處理廢棄物或生物質的同時，回收電能、生產高附加值產品、實現脫鹽等，是解決能源危機和環境污染問題的有效手段之一。在傳統雙室微生物電解池(Microbial Electrolysis Cell，MEC)中，生長在陽極表面的產電微生物氧化有機物，產生的質子通過離子交換膜進入陰極室與電子結合產生氫氣，但是膜的存在會導致陰極發生水解離反應，形成酸性陽極(acidic anode)和堿性陰極(basic cathode)。在之前的研究中，陽極酸化會降低產電微生物活性，為了控制反應器的pH，傳統的pH調節方法是加入磷酸鹽緩沖溶液(buffer solution)，這樣會造成二次污染。

微生物電解脫鹽池(MEDC)的出現使得BES技術在實現產氫的同時對海水和含鹽污水進行脫鹽，是一種兼具解決水污染和資源回收潛力的有效污水治理手段。傳統的MEDC中，陰極室和陽極室沒有用硅膠管連接，沒有形成電極室內溶液的循環，系統可能因電極反應和缺乏緩沖溶液導致酸性陽極和堿性陰極造成系統體系PH失衡，影響反應器內微生物的正常生長。

發明內容

本發明提供一種微生物電解脫鹽池反應器(MEDC)裝置，在保證污水得到處理的同時可以從中回收氮磷等資源，并且能夠不用額外的加入緩沖液，實現電極室pH的穩定，克服傳統MEC加入緩沖液引起的二次污染的缺點。

本發明提供一種微生物電解脫鹽池反應器裝置，包括陽極室和陰極室，所述陽極室和陰極室之間設置有1組或多組離子交換膜膜對(IEMs膜對)，所述陽極室內設置有生物碳氈電極，所述陽極室有產電微生物，所述陰極室內設置有不銹鋼網電極，所述生物碳氈電極通過導線經外電壓與不銹鋼網電極連接，所述陽極室和陰極室采用硅膠管連接形成閉合回路；

所述離子交換膜膜對包括靠近陽極室的陽離子交換膜(CEM)和靠近陰極室的陰離子交換膜(AEM)，所述離子交換膜對中相鄰兩種離子交換膜之間有腔室隔開，形成產品室，所述產品室利用硅膠管形成閉合回路。

根據本發明優選的，所述生物碳氈電極中的生物碳氈是使用污水處理廠的厭氧污泥和實驗室運行的成熟微生物燃料電池出水進行混合接種的生物碳氈。

根據本發明優選的，所述產品室利用硅膠管外接藍口瓶形成閉合回路。

根據本發明優選的，所述不銹鋼網電極未做任何催化處理，所述不銹鋼網電極的面積為10～20cm²，優選為16cm²，目數為50～200目，優選為100目。