[發明專利]一種產電20-87W/m2的節能催化水處理裝置

在審

• 申請號: 201910241073.2
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109956620A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 柳麗芬;張倩;拉貝;張藝臻;鄭玥石
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F101/30;C02F101/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種產電20?87W/m²的節能催化水處理裝置，屬于廢水資源化和能源化領域。該裝置包括池體、導線、負載、陰極室、曝氣裝置、出水溢流裝置、進水泵、進水管、陽極室、碳棒和沙粒隔層。廢水通過陽極室的產電微生物分解廢水中的有機物并釋放電子，再通過沙粒隔層過濾掉顆粒物及陽極微生物后向上滲入陰極室中，再經曝氣裝置進一步降解通過出水溢流裝置流出，實現廢水處理及廢水產電。廢水經過一次流過該裝置，或流過多個串聯的組合單元裝置，實現有機質被降解、顆粒懸浮物被截留；陰極電極的負載催化劑能提高產電能力和對污染物的降解能力，有效提高出水水質；且該裝置結構簡單，操作方便，運行費用少。

技術領域

本發明屬于廢水資源化和能源化技術領域，具體涉及達到單位電極面積產電20W/m²的新型水處理裝置，以活性炭顆粒和微生物作生物陽極，以基底為碳纖維布的復合電極作陰極，中間為石英砂與錳砂隔層。廢水先進入裝置的陽極，在生物陽極作用下，污染物濃度梯度降低，經隔層的過濾和截留作用、陰極催化作用得到進一步凈化。耦合微生物產電作用和陰極催化作用如催化氧化污染物氨/COD(化學需氧量)等、還原硝態氮和氧還原作用，實現了高效水處理。

背景技術

生物產電技術，是近些年迅速發展起來的一種將生物法與電化學技術結合的新技術，將其應用到廢水處理領域，能夠在降解有機物的同時產生電能。微生物可將底物中的有機物直接轉化成CO₂、H₂O等小分子無機物，并將其中的化學能轉化為電能，不排放污染物，是一種清潔能源。陽極微生物能夠將有機物氧化，并將氧化過程中釋放出來的電子轉移到電極材料上，進而以電流的形式從外電路輸出。微生物的生長需要厭氧或微氧環境，以保證最終電子受體是電極而不是氧氣，否則電子將直接參與還原生成水。特別地，如果將有機廢水作為生物陽極的底物，廢水中的有機物會被微生物降解，這樣便完成了有機物的氧化分解、電子流動和電位梯度的形成。從能源和環境保護的角度來看，這樣一個過程實際上是實現了污染物向電能的直接轉化，同時污染物又被分解，使廢水不但被處理，而且“變廢為寶”。但其對廢水的處理效率較低，陽極出水水質一般達不到排放標準，需進一步處理，此外電能輸出較小、庫倫效率低等問題也有待解決。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種產電20-87W/m²的節能催化水處理裝置，構建了一種自生電場電催化的水處理裝置，本發明的技術方案為：

一種產電20-87W/m²的節能催化水處理裝置，包括池體1、導線2、負載3、陰極室4、曝氣裝置5、出水溢流裝置6、進水泵7、進水管8、陽極室9、碳棒10和沙粒隔層11；

其中，沙粒隔層11位于池體1中部，沙粒隔層11將池體1分為陰極室4和陽極室9兩部分；所述陽極室9位于沙粒隔層11的下方，陽極電極為碳棒10，碳棒10的一端連接導線；陽極室9用活性炭填充并負載產電微生物；所述陰極室4位于沙粒隔層11的上方，陰極電極以導電性材料為基底并負載催化劑，陰極電極的一端連接導線并接入負載3，與陽極電極碳棒10一端的導線相連，從而形成外電路；曝氣裝置5位于陰極室4、池體1頂部的開口處，用于向陰極室4內補充空氣或氧氣，進一步促進催化降解廢水中的有機物；出水溢流裝置6位于陰極室4、池體1上方、低于曝氣裝置5所在的開口處；進水泵7通過進水管8通入至陽極室9、位于池體1的下方；廢水通過進水泵7從進水管8流入陽極室9，陽極室9的產電微生物分解廢水中的有機物并釋放電子，廢水再通過沙粒隔層11過濾掉顆粒物及陽極微生物后向上滲入陰極室4中，再經曝氣裝置5進一步降解通過出水溢流裝置6流出，從而實現廢水處理及廢水產電。

進一步地，陰極電極的基底導電性材料為碳纖維布或活性炭；陰極電極的負載催化劑為二氧化鈦復合催化劑、含Fe、Mn、Zn、C、F、O元素的催化劑。

進一步地，陽極室9活性炭的填充率為40％～95％。

進一步地，沙粒隔層11為石英砂、錳砂或二者的混合物。