[發明專利]海水養殖尾水高效脫氮反應器、系統及方法

有效

• 申請號: 202110643640.4
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113371816B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 宋協法;孫佐梁;李甍
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28;C02F3/34;H01M8/16;C02F101/30;C02F103/08;C02F103/20
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 江鵬飛

1.一種海水養殖尾水高效脫氮反應器，其特征在于，包括反應器本體，以及用于測試反應器本體內脫氮水質的取樣器(9)；其中：

反應器本體采用浸沒式固定床，自上而下分為陰極室(1)、陽極室(2)，以及位于陰極室(1)與陽極室(2)之間的玻璃棉(4)，其中：

陰極室(1)，包括盒狀鈦網的陰極，以及位于陰極內的直徑4-6mm的顆粒填料，陰極的上表面部分高于水面，保證足夠的電子受體進入陰極室(1)，為還原反應提供場所；陰極內的顆粒填料采用活性炭，陰極將含氮尾水中的硫酸根還原為S^2-、S⁰、S₂O₃^2-還原性硫化物；

陽極室(2)，包括自上而下依次設置的至少三個陽極(6)，以及填充于陽極(6)之間的直徑1-2cm的顆粒填料，保證搜集足夠的電子，為氧化反應提供場所；陽極室(2)內的顆粒填料采用火山巖(8)，陽極(6)貯存在硫化物中的電子通過銅導線(5)導向陰極，并在陽極(6)合成單質硫，貯存多余電子，并在電子供體不足時臨時充當電子供體；

反應器本體呈封閉的筒狀結構，整體高50cm，其中陰極室(1)高5cm，陽極室(2)高40cm，陰極為高5cm的盒狀鈦網；三個陽極(6)距反應器本體頂部分別為20、35、50cm；

反應器本體側部開設有進水口(3)和出水口(7)，其中進水口(3)位于陰極室(1)頂部，出水口(7)位于陽極室(2)的底部；含氮尾水自進水口(3)流入陰極室(1)，降解后的脫氮水自出水口(7)流出陽極室(2)；

取樣器(9)分為套接的內膽和外殼，內膽的電極與外殼的電極連接，取樣器(9)一端伸入陽極室(2)底部，另一端伸出陰極室(1)頂部；取樣器(9)抽取樣液并送入到微型三維電極反應器中進行電解處理；

陽極(6)與陰極通過外部的銅導線(5)連接，陽極(6)分散的電子傳遞至陽極(6)再由銅導線(5)傳導至陰極，以此形成閉合通路，產生電流；

海水養殖尾水高效脫氮反應方法，具體包括如下步驟：

S1：廢水自陰極室(1)流入陽極室(2)，此時易降解有機污染物被去除，所產生的電子被硫酸鹽還原細菌利用，將海水中的硫酸根還原為S^2-、S⁰、S₂O₃^2-還原性硫化物；

S2：貯存在還原性硫化物中的電子被硫自養反硝化菌利用，還原海水養殖廢水中的硝酸鹽，從而實現硫自養反硝化為主導的高效脫氮過程；

S3：高效脫氮過程所生成的硫化物抑制其它異養微生物增殖及呼吸代謝，降低脫氮過程中的碳源消耗量，實現低C/N條件下高效脫氮；同時，所耦合的微生物燃料電池陰極陽極通過導線，連接形成閉合通路，產生電流，刺激電活性微生物活性，增強系統對有機物質的降解；

S4：電子供體過剩時，貯存在硫化物中的電子通過外部通路導向陰極室(1)，并在陽極室(2)形成生物合成單質硫，貯存多余電子，并在電子供體不足時臨時充當電子供體，保證系統穩定高效的脫氮效率。

2.一種海水養殖尾水高效脫氮反應系統，其特征在于，使用如權利要求1所述海水養殖尾水高效脫氮反應器，包括海水養殖尾水高效脫氮反應器，以及微生物燃料電池耦合系統，以C/N=5-10的碳源添加條件進行啟動，實現硫自養反硝化主導的脫氮過程。