申请日2012.12.04
公开(公告)日2013.04.17
IPC分类号C02F3/00; C02F3/34
摘要
套筒型微生物催化电解装置及用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法，它涉及一种微生物电解装置及水处理方法。本发明解决了现有的双室生物电化学系统阳两极距离较大，导致反应器内阻增加污染物的去除率低的技术问题。套筒型微生物催化电解装置由内筒1、外筒2和布水器3三部分组成，降解废水的方法如下：在外加电压的条件下，将氧化废水通过阳极进水口17进入阳极室4，同时还原废水通过阴极进水口16经布水器3布水进入阴极室5，水利停留时间为6h～48h，出水。本发明采用套筒型装置，可以有效的缩短阴阳两极距离，减少过电势，减小反应器内阻，有利于提高反应器的运行效能。
权利要求书
1.套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述套筒型微生物催化电解装置 由内筒(1)、外筒(2)和布水器(3)三部分组成，所述内筒(1)的内部为阳极室(4)， 内筒(1)与外筒(2)之间形成的腔室为阴极室(5)，所述的阳极室(4)与阴极室(5) 由阳离子交换膜分隔，阳离子交换膜位于内筒(1)外壁上，所述内筒(1)的筒壁上分布有 小孔，所述的内筒(1)的上端连有第四法兰(21)，外筒(2)的上端连有第一法兰(6)， 第四法兰(21)、第一法兰(6)与阳极挡板(8)通过螺栓和螺帽固定，所述阳极挡板(8) 上面设有阳极出水口(9)和阳极(14)，所述外筒(2)的下端连有第二法兰(7)，所述的 布水器(3)的上端连有第三法兰(15)，布水器(3)的外壁上设有阴极进水口(16)和阳 极进水口(17)，第二法兰(7)与第三法兰(15)通过螺栓和螺帽固定，所述外筒(2)的 外壁上设有阴极出水口(10)、阴极(11)、参比电极(12)和取样口(13)，所述的阴极(11) 与阳极(14)通过导线(18)将电源(19)与外电阻(20)连成闭合回路。
2.根据权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述的阴极(11) 与阳极(14)的材料均为碳刷。
3.根据权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述第一法兰(6) 与阳极挡板(8)由胶垫相隔。
4.根据权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述第二法兰(7) 与第三法兰(15)由胶垫(22)相隔。
5.根据权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述阳极(14) 的材料为碳纤维、碳纸、碳毡、碳布、碳纳米管、玻璃碳、板状石墨或泡沫镍。
6.根据权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述阴极(11) 的材料为碳纤维、碳纸、碳毡、碳布、碳纳米管、玻璃碳、板状石墨、颗粒状石墨、活性 炭、泡沫镍或气体电极。
7.根据权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置，其特征在于所述阳极室(4) 与阴极室(5)位置可以调换。
8.用权利要求1所述套筒型微生物催化电解装置降解废水 的方法，其特征 在于用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法如下：
在外加电压的条件下，将氧化废水通过阳极进水口(17)进入阳极室(4)，同时还原 废水通过阴极进水口(16)经布水器(3)布水进入阴极室(5)，水利停留时间为6h～48h， 然后经过处理的氧化废水通过阳极出水口(9)出水，经过处理的还原废水通过阴极出水口 (10)出水。
9.根据权利要求8所述套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法，其特征 在于所述的电压为0.3V-0.7V。
说明书
套筒型微生物催化电解装置及用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法
技术领域
本发明涉及一种微生物电解装置及水处理方法。
背景技术
难降解废水处理一直是环境工程领域的亟待解决的难题，国内外众多学者一直试图在此领域寻求理论和技术突破。对于难降解废水生物处理而言，预处理环节尤为重要。采用合适的预处理技术提高可生化性，然后进入常规生化处理工艺是一个公认的有效技术模式。近几年，国内外研究者对生物电化学方法投入了广泛的关注。生物电化学系统(Bioelectrochemical Systems，BESs)集生物与电化学作用于一体，在这个系统中，阳极的电化学活性微生物以有机底物作为电子供体，将电子传递至阳极，再通过闭合电路传递至阴极，最终到达电子受体。
BESs在发展之初，研究者们普遍关注于利用BESs获取能源。而今，关于BESs在污水处理领域的应用逐渐成为了热点，同时也取得了许多成果。例如：利用BESs阳极去除水中各种有机污染物，如植物根系沉积物、纤维素、苯酚、吲哚、糠醛等;利用BESs阴极还原有毒有害物质，如硝酸盐、亚硝酸盐、染料、硝基苯、三氯乙烯等。可见，利用BESs阴极去除难降解污染物具有极大的潜力。生物阴极的引入，更大大拓展了BESs的研究范畴。目前，关于运用BESs的生物阴极还原一些污染物比如硝基苯、氯酚、氯乙烯、铬酸盐、高氯酸盐、U(VI)、温室气体N2O、偶氮染料和硝酸盐等都取得了很好的处理效果。
在污染物去除方面，限制BESs应用的因素之一是反应器的构型。BESs反应器从结构上分可以大体分为单室和双室两大类，大多为双极室结构。而传统双室生物电化学系统存在的问题是阴阳两极距离较大，导致反应器内阻增加，影响反应器的性能，使污染物的去除率低，如若反应器进一步放大，则阴阳极距离进一步增大，不利于质子和电子传递，且内阻增加，不利影响更加显著。这将限制生物电化学系统的扩大化及工程化。因此，开发结构紧凑，阴阳极距离小的微生物催化电解装置是目前研究的关键，也是加速此项技术推广应用的关键。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的双室生物电化学系统阳两极距离较大，导致反应器内 阻增加污染物的去除率低的技术问题，提供了一种套筒型微生物催化电解装置及用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法。
套筒型微生物催化电解装置由内筒、外筒和布水三部分组成，所述内筒的内部为阳极室，内筒与外筒之间形成的腔室为阴极室，所述的阳极室与阴极室由阳离子交换膜分隔，阳离子交换膜位于内筒外壁上，所述内筒的筒壁上分布有小孔，所述的内筒的上端连有第四法兰，外筒的上端连有第一法兰，第四法兰、第一法兰与阳极挡板通过螺栓和螺帽固定，所述阳极挡板上面设有阳极出水口和阳极，所述外筒的下端连有第二法兰，所述的布水器的上端连有第三法兰，布水器的外壁上设有阴极进水口和阳极进水口，第二法兰与第三法兰通过螺栓和螺帽固定，所述外筒的外壁上设有阴极出水口、阴极、参比电极和取样口，所述的阴极与阳极通过导线将电源与外电阻连成闭合回路。
所述的阴极与阳极的材料均为碳刷。
所述第一法兰与阳极挡板由胶垫相隔。
所述第二法兰与第三法兰由胶垫相隔。
所述阳极的材料为碳纤维、碳纸、碳毡、碳布、碳纳米管、玻璃碳、板状石墨或泡沫镍。
所述阴极的材料为碳纤维、碳纸、碳毡、碳布、碳纳米管、玻璃碳、板状石墨、颗粒状石墨、活性炭、泡沫镍或气体电极。
所述阳极室与阴极室位置可以调换。
用套筒型微生物催化电解装置降解废水的方法如下：
在外加电压的条件下，将氧化废水通过阳极进水口进入阳极室，同时还原废水通过阴极进水口经布水器布水进入阴极室，水利停留时间为6h～48h，然后经过处理的氧化废水通过阳极出水口出水，经过处理的还原废水通过阴极出水口出水。
本发明将生物电化学系统和废水处理工艺相结合，且反应器采用套筒构型、有膜结构，为难降解污染物的强化处理开发了新的装置。本发明的装置减小了阴阳两极的距离，使得反应器内阻降低，提高了反应器的运行性能，有利于难降解废水的有效处理。设计简单，操作方便，更具有实用性，有利于反应器的扩大化，且反应器双室分区，废水经过阴极区域，在阴极上进行生物还原与毒性解除，还原产物为低毒性化合物，可作为可生化性的有机碳源通过生物阳极实现彻底分解与利用，进而为阴极提供生物电子，更有利于难降解有毒废水的深度强化处理。
采用套筒型装置，可以有效的缩短阴阳两极距离，减少过电势，减小反应器内阻，有 利于提高反应器的运行效能。采用有膜结构，将阳极室和阴极室分隔，使污染物可以充分在阴极还原又不会对阳极产生毒化和抑制，从而更有利于难降有毒污染物质的去除。同时阳极室、阳离子交换膜和阴极室三者呈从内至外包围结构，增大膜与阳极室及膜与阴极室的接触面积，从而增大了质子的传递和利用效率。该构型设计简单，可操作性强，有利于反应器的规模化和工程化。
