[發明專利]一種基于藻菌共生電化學體系的污水處理裝置及其方法

有效

• 申請號: 202110007434.4
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112573667B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 吳東雷;張舒遲;陳旭;談夢宇;董家裕
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/30;C02F3/00;C02F101/10;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種利用基于藻菌共生電化學體系的污水處理裝置處理污水中氮、磷和有機物的方法，其特征在于，所述基于藻菌共生電化學體系的污水處理裝置包括陽極室（4）、陰極室（15）和微藻回收裝置（25）；所述陽極室（4）為密閉結構，其上部通過進水管（1）與外部的給水裝置相連通，頂部開設有能與外界連通的排氣口（20）；陽極室（4）中固定有表面用于附著厭氧微生物膜（6）的陽極電極（5），內底部設有若干攪拌槳（7）；陽極室（4）通過質子交換膜（8）與透明的陰極室（15）連通；所述陰極室（15）中固定有表面用于附著微藻生物膜（14）的陰極電極（13），內底部均勻設有曝氣裝置（16）；所述陰極電極（13）為內部填充若干填料（22）的筒型網狀電極，填料（22）用于附著好氧微生物膜（23）；所述陽極電極（5）與陰極電極（13）之間通過導線（10）串聯有可變電阻（12）與電容器（11）；所述陰極室（15）的底部通過出水管（18）與微藻回收裝置（25）連通；微藻回收裝置（25）的底部鋪設有濾網（26），濾網（26）的上方設有離心攪拌器（27）；位于濾網（26）上方的微藻回收裝置（25）側壁上開設有排水口，通過排水管（28）與外部相連通；

所述方法具體如下：

1）在所述污水處理裝置使用前，將陽極室（4）內的陽極電極（5）上接種經有機廢水厭氧處理反應器馴化后的厭氧污泥；將陰極室（15）內的陰極電極（13）表面上接種微藻生物膜（14），填料（22）上接種好氧微生物膜（23）；通過進水管（1）向陽極室（4）和陰極室（15）內注入待處理的污水，并將陽極室（4）作密封處理；當陽極電極（5）和陰極電極（13）之間的電壓及污染物去除率持續穩定后，排空污水處理裝置中的污水，完成生物膜的馴化過程；

2）將待處理的污水通過進水管（1）通入陽極室（4），利用重力作用和攪拌槳（7）的攪拌作用實現污水的充分混勻以及污水與厭氧微生物膜（6）的充分接觸；厭氧微生物膜（6）通過厭氧消化作用氧化污水中的有機物，產生的甲烷氣體通過排氣口（20）排出收集；厭氧微生物膜（6）氧化有機物的同時產生電子和質子，電子通過導線（10）流至陰極電極（13）從而產生電流，質子通過質子交換膜（8）到達陰極室（15）；

3）經陽極室（4）處理后的污水通過質子交換膜（8）進入陰極室（15），陰極電極（13）表面附著的微藻生物膜（14）利用二氧化碳和污水中的氮和磷進行光合作用產生氧氣，合成自身生命體的同時與好氧微生物膜（23）共同構成藻菌共生體系以去除污水中的氮和磷；微藻生物膜（14）產生的氧氣為陰極室（15）內的還原反應提供電子，與從陽極室（4）進入的質子結合生成水，驅動陽極電極（5）對有機物的降解過程，產生的電能儲存在電容器（11）中；

4）夜間，微藻生物膜（14）的光合作用停止，電容器（11）將白天儲存的電能釋放，強化夜間藻菌共生體系對污水的處理作用，實現白天-夜間的不間斷廢水處理；陰極室（15）中硝化作用產生的硝酸鹽可代替氧氣作為電子受體驅動陽極電極（5）對有機物的降解；當微藻生物膜（14）生命力不足或夜間產能低于目標值時，啟動陰極室（15）底部的曝氣裝置（16）進行曝氣充氧作用；

5）經過陰極室（15）處理后的污水進入微藻回收裝置（25），通過離心攪拌器（27）對污水進行離心作用，隨后靜置使污水中含有的包括微藻在內的雜質分離沉降，雜質被截留在濾網（26）上；

經微藻回收裝置（25）處理后的污水從排水管（28）排出，實現污水中氮、磷和有機物的去除過程。

2.根據權利要求1所述的利用基于藻菌共生電化學體系的污水處理裝置處理污水中氮、磷和有機物的方法，其特征在于，所述進水管（1）上還設有水泵（2）和進水閥門（3）；陽極室（4）與陰極室（15）之間設有連接閥門（9），出水管（18）上設有出水閥門（19）。

3.根據權利要求1所述的利用基于藻菌共生電化學體系的污水處理裝置處理污水中氮、磷和有機物的方法，其特征在于，所述陽極電極（5）為碳氈材質。

4.根據權利要求1所述的利用基于藻菌共生電化學體系的污水處理裝置處理污水中氮、磷和有機物的方法，其特征在于，所述厭氧微生物膜（6）為地桿菌或希瓦氏菌。