[發明專利]一種光電微生物耦合脫氮除碳系統

有效

• 申請號: 202111448856.1
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN113845208B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 丁曄;賈曉晨;趙孟亭;王銳;張軍港;李鵬
• 申請（專利權）人: 天津市環境保護技術開發中心設計所有限責任公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/34;C02F1/461;C02F1/32
• 代理公司: 天津合正知識產權代理有限公司 12229
• 代理人: 馬云云

本發明提供了一種光電微生物耦合脫氮除碳系統，包括處理單元，處理單元包括改性光電極板、生物陰極層和夾在改性光電極板與生物陰極層之間的粒子電極層，改性光電極板與電源的正極連接，生物陰極層與電源的負極連接，紫外燈正對改性光電極板設置；粒子電極層和生物陰極層上均接種微生物反硝化細菌，改性光電極板在紫外光的激發下產生電子?空穴對，空穴用于除碳，光生電子轉移到聚氨酯泡沫的反硝化細菌上供微生物反硝化脫氮；同時改性光電極板與生物陰極層連接電源形成電解，電解產生的電子轉移至生物陰極層進行微生物反硝化脫氮。本發明將改性光電極引入微生物電化學系統中，與反硝化生物陰極耦合，構建了光催化生物膜電極技術，同步脫氮除碳。

技術領域

本發明涉及廢水處理領域，尤其是涉及一種光電微生物耦合脫氮除碳系統。

背景技術

現有光-電-生物耦合需要在三個池子內進行，工程造價大，成本高。反硝化除氮的反硝化菌是異養微生物，進行反硝化反應時需要有機碳源參與提供反應電子，為實現真正意義上的生物脫氮，就必需有足夠的碳源有機物。因此，在不添加額外碳源的情況下，對中低濃度、碳氮比失調的難降解水體就很難達到很好的處理效果。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種光電微生物耦合脫氮除碳系統，針對城市生化單元二級出水有機污染物和硝酸鹽氮共存的現狀，亟需開發適用性強的碳氮污染物深度去除技術，本發明將改性光電極引入微生物電化學系統中，與反硝化生物陰極耦合，構建了光催化生物膜電極技術，同步脫氮除碳。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種光電微生物耦合脫氮除碳系統，包括殼體、曝氣系統、處理單元、紫外燈和電源；

處理單元設置在殼體內部，且處理單元與殼體的底部之間留有空間，處理單元的下方空間設有曝氣系統以提供氧氣；殼體上還設有進水管和出水管；

所述處理單元包括改性光電極板、生物陰極層和夾在改性光電極板與生物陰極層之間的粒子電極層，改性光電極板與電源的正極連接，生物陰極層與電源的負極連接，紫外燈正對改性光電極板設置；粒子電極層和生物陰極層上均接種微生物反硝化細菌，改性光電極板在紫外光的激發下產生電子-空穴對，具有氧化性的空穴用于與有機物反應實現降解污染物除碳，光生電子轉移到聚氨酯泡沫形成的生物膜中的反硝化細菌上，供微生物反硝化脫氮；同時改性光電極板與生物陰極層連接電源形成電解，電解產生的電子轉移至生物陰極層，供生物陰極層上的微生物反硝化脫氮。

進一步，所述改性光電極板為通過電沉積負載光催化納米粒子并采用貴金屬改性的鈦板或RGO或金屬氧化物板；貴金屬為RuPd納米晶、Pt中的一種或兩種以上，金屬氧化物板為光電極材料TiO₂、WO₂、ZnO、BiVO₄、CuFeO₂、α-Fe₂O₃、NiO、Cu_２O中的一種或兩種以上。

進一步，光催化納米粒子為為TiO₂、γ- Fe₂O₃、SiO₂、n-Cu₂O、Ag、ZnO- CdSe或鎢系多酸鹽等等中的任一種。

進一步，生物陰極層為聚苯胺、石墨板、石墨刷、碳布、碳氈、生物炭中的任一種。

進一步，粒子電極層為復合有低價金屬氧化物或金屬單質的絕緣材料，低價金屬氧化物或金屬單質能夠與絕緣材料之間形成粒子電極而保護電極板，降低能耗。

進一步，低價金屬氧化物或金屬單質占粒子電極層總重量的3%~10%；

低價金屬氧化物為四氧化三鐵、氧化鐵、硫化亞鐵、赤鐵礦、鋼渣中的至少一種。

進一步，改性光電極板、粒子電極層、生物陰極層的厚度比為1:2:3~1:3:5。