一种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器的制造方法
【专利摘要】本发明的涉及一种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，属于水处理【技术领域】。本反应器包括外壳、阳极、阳离子交换膜、阴极、阴离子交换膜等，其中的阳离子交换膜和阴离子交换膜将反应器内腔依次分隔成阳极室、氮磷提取室和阴极室，阳极室内悬挂有阳极，阴极室的侧壁上固定有阴极，阳极室的底部与阴极室的底部通过管路相互连通；所述的阳极和阴极通过导线相连。本发明反应器可以在不需外部能源的条件下，同时实现生活污水净化、产电、脱氮除磷以及鸟粪石生成，而且反应器的结构简单，易操作维护，能耗低且效率高，便于工业生产与实用。
【专利说明】-种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器
【技术领域】
[0001] 本发明的涉及一种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，尤其涉及一种污水 净化、产电以及氮磷回收三合一功能的微生物氮磷回收电池，属于水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 水资源是人类赖以生存的重要自然资源，随着工业社会的快速发展和人口的急速 增长，水环境污染和水体富营养化问题日益严重，提高污水净化的效率并寻求污水资源化 的方法成为污水处理领域迫切需要解决的问题。氮磷元素是导致水体富营养化的主要污染 物，同时也是重要的资源，因而脱氮除磷以及氮磷回收一直是水处理重点关注的问题之一。 传统污水处理工艺均基于生物曝气的原理降解污水中有机物，并利用特定种类的微生物来 脱除氮磷，能耗较大，有二次污染问题，且氮磷元素无法回收利用。
[0003] 生物电化学系统是一类利用厌氧微生物降解污水中有机物时所传递的电子进行 能量生成或有用物质合成的技术。在已有的发明名称为《一种用于同步产电脱盐的污水处 理工艺及装置》、申请号为200910078036. 0的专利技术中公开了一种污水处理装置，如图1 所示，其工作原理是，可生化处理的有机废水进入阳极A，在产电微生物6的作用下氧化分 解有机物并产生电子，电子从阳极4经由外电路传递到阴极5上形成电流，在内部电场力的 作用下，中间脱盐室B中的阴离子经过阴离子交换膜2进入阳极室A中，阳离子经过阳离子 交换膜3进入阴极室C中，从而实现含盐水脱盐的目标。
[0004] 然而，该技术也存在一些不足。首先，在产电微生物催化氧化污水中有机物的过程 中会产生氢离子，氢离子过多积累会导致装置产电性能下降，处理速率降低；此外，该工艺 仅能够降解有机物，而无法去除氮磷元素，后续仍需要附加专门的氮磷处理工艺才能实现 污水的彻底净化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，利用生活污 水中有机物化学能驱动脱氮除磷，以最终产出鸟粪石，同时实现污水净化、产电以及氮磷回 收三种功能。
[0006] 本发明提出的用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，包括外壳、阳极、阳离子 交换膜、阴极、阴离子交换膜；所述的阳离子交换膜和阴离子交换膜分别置于反应器的外壳 内，阳离子交换膜和阴离子交换膜将反应器内腔依次分隔成阳极室、氮磷提取室和阴极室； 所述的阳极室内悬挂有阳极，阳极室的上部设有阳极室进水口；所述的氮磷提取室的上部 设有氮磷提取室进水口，氮磷提取室的底部设有氮磷提取室出水口；所述的阴极室的侧壁 上固定有阴极，阴极室的上部设有阴极室出水口，阳极室的底部与阴极室的底部通过管路 相互连通；所述的阳极和阴极通过导线相连。
[0007] 本发明提出的用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，其优点是，对已有的水 处理装置的结构进行了改进，交换其中的阴离子交换膜和阳离子交换膜的位置，以实现在 电场力作用下，阳离子（铵根）从阳极室穿过阳离子交换膜进入氮磷提取室，阴离子（磷 酸根）从阴极室穿过阴离子交换膜进入氮磷提取室，从而实现污水中氮磷的脱除。从氮磷 提取室中取出的氮磷提取液经进一步浓缩，调节pH及投加氯化镁药剂等处理后，可产生出 鸟粪石。由于阳极产电微生物可以催化污水中有机物的氧化分解，因而本发明反应器同时 具备污水净化的功能。阳极室出水口与阴极室进水口相连通，在阴阳极室中进行污水的充 分循环，可以利用阳极室中所产生的氢离子与阴极室中所产生的氢氧根离子间的中和反应 来稳定污水的pH条件，从而维持反应器的产电性能，获得更好的处理效果。本发明反应器 可同时实现污水净化、产电、脱氮除磷与产有用物质，且阴阳极室的pH条件稳定，处理效果 好，生产过程无能量输入，工艺简单，易操作，能耗低。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是已有的污水处理装置的结构示意图。
[0009] 图2是本发明提出的用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器的结构示意图。 [0010] 图1和图2中，1是外壳，2是阴离子交换膜，3是阳离子交换膜，4是阳极，5是阴 极，6是产电微生物，7是阳极室进水口，8是阳极室，9是管路，10是氮磷提取室，11是氮磷 提取室出水口，12是阴极室，13是阴极室出水口，14是氮磷提取室进水口。
【具体实施方式】
[0011] 本发明提出的用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，其结构如图2所示，包 括外壳1、阳极4、阳离子交换膜3、阴极5和阴离子交换膜2。阳离子交换膜3和阴离子交 换膜2分别置于反应器的外壳内，阳离子交换膜3和阴离子交换膜2将反应器内腔依次分 隔成阳极室8、氮磷提取室10和阴极室12。阳极室8内悬挂有阳极4,阳极室8的上部设有 阳极室进水口 7。氮磷提取室10的上部设有氮磷提取室进水口 14,氮磷提取室10的底部 设有氮磷提取室出水口 11。阴极室12的侧壁上固定有阴极5,阴极室的上部设有阴极室出 水口 13,阳极室8的底部与阴极室12的底部通过连接阴阳极室的管路9相互连通，阳极8 和阴极5通过导线相连。
[0012] 以下结合附图，详细介绍本发明反应器的工作原理和工作过程：
[0013] 污水从阳极室进水口 2进入阳极室3,其中的有机物被产电微生物氧化分解而去 除，产电微生物将电子传递到阳极4,电子再经外电路传递到阴极5形成外电流，外电流方 向为由阴极5指向阳极4,内电场的方向为由阳极室8指向阴极室12。污水进入阳极室8 时，其中的含氮离子（铵根）将在电场力作用下穿过阳离子交换膜3进入氮磷提取室10,污 水继续循环进入阴极室12时，其中的含磷离子（磷酸根）将在电场力作用下穿过阴离子交 换膜2进入氮磷提取室10,从而实现污水脱氮除磷。氮磷提取室8中充满一定浓度的氯化 钠溶液，用以保证内电路导通。氮磷提取室10的出水口 11流出的水中含有从污水中收集 的氮磷相关离子，在控制pH及投加其他药物的条件下，最终可以生成鸟粪石沉淀。
[0014] 本发明提出的用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，处理的污水为含有氮磷 的可生化处理的有机废水，污水在阳极室8与阴极室12间循环，直至完全净化，循环方向为 流经阳极室8后经过管路9进入阴极室12。反应器中所用的阳离子交换膜3和阴离子交 换膜2分别为透过率不小于90%的无毒工业用电渗析离子交换膜，厚度为0. 2?0. 5mm，爆 破强度不小于0. 3MPa ;阴极室12中靠近阴极5处可以放置玻璃纤维类的分隔材料，厚度为 1. 0_，以缓解阴极5接触污水后可能发生的生物污染。阳极室8内可以填充导电多孔材料， 以增大产电微生物附着面积并促进电子的导出，填充材料包括石墨颗粒、碳毡或活性炭等， 粒径范围为1?5mm。
[0015] 本发明反应器的一个实施例中，，含COD 368mg/L、氨氮23mg/L、总磷6mg/L的模拟 生活污水由阳极室8连续流入，再流经阴极室12后循环回阳极室8,污水中所含的COD、氨 氮、总磷在该过程中均得到去除，最终处理氮磷提取液后得到鸟粪石。经该装置处理后，污 水C0D去除率达70 %，氨氮去除率达80 %，总磷去除率达50 %，鸟粪石产出率达40 %。
【权利要求】
1. 一种用于水处理的微生物氮磷回收电池反应器，其特征在于该反应器包括外壳、阳 极、阳离子交换膜、阴极、阴离子交换膜；所述的阳离子交换膜和阴离子交换膜分别置于反 应器的外壳内，阳离子交换膜和阴离子交换膜将反应器内腔依次分隔成阳极室、氮磷提取 室和阴极室；所述的阳极室内悬挂有阳极，阳极室的上部设有阳极室进水口；所述的氮磷 提取室的上部设有氮磷提取室进水口，氮磷提取室的底部设有氮磷提取室出水口；所述的 阴极室的侧壁上固定有阴极，阴极室的上部设有阴极室出水口，阳极室的底部与阴极室的 底部通过管路相互连通；所述的阳极和阴极通过导线相连。
【文档编号】C02F9/14GK104150681SQ201410284712
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】黄霞, 陈熹, 孙冬雅, 梁鹏 申请人:清华大学