一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器的制造方法
【專利摘要】本發明的涉及一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，屬于水處理【技術領域】。本反應器包括外殼、陽極、陽離子交換膜、陰極、陰離子交換膜等，其中的陽離子交換膜和陰離子交換膜將反應器內腔依次分隔成陽極室、氮磷提取室和陰極室，陽極室內懸掛有陽極，陰極室的側壁上固定有陰極，陽極室的底部與陰極室的底部通過管路相互連通；所述的陽極和陰極通過導線相連。本發明反應器可以在不需外部能源的條件下，同時實現生活污水凈化、產電、脫氮除磷以及鳥糞石生成，而且反應器的結構簡單，易操作維護，能耗低且效率高，便于工業生產與實用。
【專利說明】-種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器

【技術領域】
[0001] 本發明的涉及一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，尤其涉及一種污水 凈化、產電以及氮磷回收三合一功能的微生物氮磷回收電池，屬于水處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 水資源是人類賴以生存的重要自然資源，隨著工業社會的快速發展和人口的急速 增長，水環境污染和水體富營養化問題日益嚴重，提高污水凈化的效率并尋求污水資源化 的方法成為污水處理領域迫切需要解決的問題。氮磷元素是導致水體富營養化的主要污染 物，同時也是重要的資源，因而脫氮除磷以及氮磷回收一直是水處理重點關注的問題之一。 傳統污水處理工藝均基于生物曝氣的原理降解污水中有機物，并利用特定種類的微生物來 脫除氮磷，能耗較大，有二次污染問題，且氮磷元素無法回收利用。
[0003] 生物電化學系統是一類利用厭氧微生物降解污水中有機物時所傳遞的電子進行 能量生成或有用物質合成的技術。在已有的發明名稱為《一種用于同步產電脫鹽的污水處 理工藝及裝置》、申請號為200910078036. 0的專利技術中公開了一種污水處理裝置，如圖1 所示，其工作原理是，可生化處理的有機廢水進入陽極A，在產電微生物6的作用下氧化分 解有機物并產生電子，電子從陽極4經由外電路傳遞到陰極5上形成電流，在內部電場力的 作用下，中間脫鹽室B中的陰離子經過陰離子交換膜2進入陽極室A中，陽離子經過陽離子 交換膜3進入陰極室C中，從而實現含鹽水脫鹽的目標。
[0004] 然而，該技術也存在一些不足。首先，在產電微生物催化氧化污水中有機物的過程 中會產生氫離子，氫離子過多積累會導致裝置產電性能下降，處理速率降低；此外，該工藝 僅能夠降解有機物，而無法去除氮磷元素，后續仍需要附加專門的氮磷處理工藝才能實現 污水的徹底凈化。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提出一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，利用生活污 水中有機物化學能驅動脫氮除磷，以最終產出鳥糞石，同時實現污水凈化、產電以及氮磷回 收三種功能。
[0006] 本發明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，包括外殼、陽極、陽離子 交換膜、陰極、陰離子交換膜；所述的陽離子交換膜和陰離子交換膜分別置于反應器的外殼 內，陽離子交換膜和陰離子交換膜將反應器內腔依次分隔成陽極室、氮磷提取室和陰極室； 所述的陽極室內懸掛有陽極，陽極室的上部設有陽極室進水口；所述的氮磷提取室的上部 設有氮磷提取室進水口，氮磷提取室的底部設有氮磷提取室出水口；所述的陰極室的側壁 上固定有陰極，陰極室的上部設有陰極室出水口，陽極室的底部與陰極室的底部通過管路 相互連通；所述的陽極和陰極通過導線相連。
[0007] 本發明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，其優點是，對已有的水 處理裝置的結構進行了改進，交換其中的陰離子交換膜和陽離子交換膜的位置，以實現在 電場力作用下，陽離子（銨根）從陽極室穿過陽離子交換膜進入氮磷提取室，陰離子（磷 酸根）從陰極室穿過陰離子交換膜進入氮磷提取室，從而實現污水中氮磷的脫除。從氮磷 提取室中取出的氮磷提取液經進一步濃縮，調節pH及投加氯化鎂藥劑等處理后，可產生出 鳥糞石。由于陽極產電微生物可以催化污水中有機物的氧化分解，因而本發明反應器同時 具備污水凈化的功能。陽極室出水口與陰極室進水口相連通，在陰陽極室中進行污水的充 分循環，可以利用陽極室中所產生的氫離子與陰極室中所產生的氫氧根離子間的中和反應 來穩定污水的pH條件，從而維持反應器的產電性能，獲得更好的處理效果。本發明反應器 可同時實現污水凈化、產電、脫氮除磷與產有用物質，且陰陽極室的pH條件穩定，處理效果 好，生產過程無能量輸入，工藝簡單，易操作，能耗低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是已有的污水處理裝置的結構示意圖。
[0009] 圖2是本發明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器的結構示意圖。 [0010] 圖1和圖2中，1是外殼，2是陰離子交換膜，3是陽離子交換膜，4是陽極，5是陰 極，6是產電微生物，7是陽極室進水口，8是陽極室，9是管路，10是氮磷提取室，11是氮磷 提取室出水口，12是陰極室，13是陰極室出水口，14是氮磷提取室進水口。

【具體實施方式】
[0011] 本發明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，其結構如圖2所示，包 括外殼1、陽極4、陽離子交換膜3、陰極5和陰離子交換膜2。陽離子交換膜3和陰離子交 換膜2分別置于反應器的外殼內，陽離子交換膜3和陰離子交換膜2將反應器內腔依次分 隔成陽極室8、氮磷提取室10和陰極室12。陽極室8內懸掛有陽極4,陽極室8的上部設有 陽極室進水口 7。氮磷提取室10的上部設有氮磷提取室進水口 14,氮磷提取室10的底部 設有氮磷提取室出水口 11。陰極室12的側壁上固定有陰極5,陰極室的上部設有陰極室出 水口 13,陽極室8的底部與陰極室12的底部通過連接陰陽極室的管路9相互連通，陽極8 和陰極5通過導線相連。
[0012] 以下結合附圖，詳細介紹本發明反應器的工作原理和工作過程：
[0013] 污水從陽極室進水口 2進入陽極室3,其中的有機物被產電微生物氧化分解而去 除，產電微生物將電子傳遞到陽極4,電子再經外電路傳遞到陰極5形成外電流，外電流方 向為由陰極5指向陽極4,內電場的方向為由陽極室8指向陰極室12。污水進入陽極室8 時，其中的含氮離子（銨根）將在電場力作用下穿過陽離子交換膜3進入氮磷提取室10,污 水繼續循環進入陰極室12時，其中的含磷離子（磷酸根）將在電場力作用下穿過陰離子交 換膜2進入氮磷提取室10,從而實現污水脫氮除磷。氮磷提取室8中充滿一定濃度的氯化 鈉溶液，用以保證內電路導通。氮磷提取室10的出水口 11流出的水中含有從污水中收集 的氮磷相關離子，在控制pH及投加其他藥物的條件下，最終可以生成鳥糞石沉淀。
[0014] 本發明提出的用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，處理的污水為含有氮磷 的可生化處理的有機廢水，污水在陽極室8與陰極室12間循環，直至完全凈化，循環方向為 流經陽極室8后經過管路9進入陰極室12。反應器中所用的陽離子交換膜3和陰離子交 換膜2分別為透過率不小于90%的無毒工業用電滲析離子交換膜，厚度為0. 2?0. 5mm，爆 破強度不小于0. 3MPa ;陰極室12中靠近陰極5處可以放置玻璃纖維類的分隔材料，厚度為 1. 0_，以緩解陰極5接觸污水后可能發生的生物污染。陽極室8內可以填充導電多孔材料， 以增大產電微生物附著面積并促進電子的導出，填充材料包括石墨顆粒、碳氈或活性炭等， 粒徑范圍為1?5mm。
[0015] 本發明反應器的一個實施例中，，含COD 368mg/L、氨氮23mg/L、總磷6mg/L的模擬 生活污水由陽極室8連續流入，再流經陰極室12后循環回陽極室8,污水中所含的COD、氨 氮、總磷在該過程中均得到去除，最終處理氮磷提取液后得到鳥糞石。經該裝置處理后，污 水C0D去除率達70 %，氨氮去除率達80 %，總磷去除率達50 %，鳥糞石產出率達40 %。
【權利要求】
1. 一種用于水處理的微生物氮磷回收電池反應器，其特征在于該反應器包括外殼、陽 極、陽離子交換膜、陰極、陰離子交換膜；所述的陽離子交換膜和陰離子交換膜分別置于反 應器的外殼內，陽離子交換膜和陰離子交換膜將反應器內腔依次分隔成陽極室、氮磷提取 室和陰極室；所述的陽極室內懸掛有陽極，陽極室的上部設有陽極室進水口；所述的氮磷 提取室的上部設有氮磷提取室進水口，氮磷提取室的底部設有氮磷提取室出水口；所述的 陰極室的側壁上固定有陰極，陰極室的上部設有陰極室出水口，陽極室的底部與陰極室的 底部通過管路相互連通；所述的陽極和陰極通過導線相連。
【文檔編號】C02F9/14GK104150681SQ201410284712
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】黃霞, 陳熹, 孫冬雅, 梁鵬 申請人:清華大學