逆向渗流式生物电极系统及其污染物去除方法与流程

本发明归属废水生物处理领域，具体涉及一种逆向渗流式生物电极系统及其污染物去除方法。

背景技术：

目前，生物电化学系统常被用于污染物的强化处理，其中生物电极是该系统的核心部件。生物电极上的微生物附着在电极表面，可以氧化污染物并向电极传递电子，或是利用电极传递而来的电子进行污染物的还原。由于生物膜存在一定的厚度，而含有污染物的废水一般存在于生物电极周围环境中，故污染物首先被外层的微生物所吸收利用，再逐渐向内层渗透。

申请人发现，在该模式下外层微生物所处环境中污染物含量丰富，内层微生物长期处于饥饿状态。然而，在生物电极中与电极紧密接触的内层微生物却承担着大部分电子传递的功能。内层微生物营养条件的缺乏与承担功能的强度形成了尖锐的矛盾。因此，本发明以生物电极为基础，逆转基质流向，使基质优先通过内层微生物再扩散到外层微生物，开发了一种逆向渗流式生物电极系统。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术存在的基质与电极内层微生物接触不够充分，微生物死区大，污染物降解效率与产电效率低的问题，提供一种逆向渗流式生物电极系统及其污染物去除方法。

逆向渗流式生物电极系统，系统由布水器和电极模块组成，其中电极模块包括钛基层、导电胶层与石墨层三个部分；钛基层的两侧均通过导电胶层粘结有石墨层，形成镜像对称结构；所述的钛基层呈中空结构，且其壳体上设置有若干个孔洞，布水器的布水管的出水口通入钛基层的内腔中。

作为优选，钛基层正反面均在壳体上对称开有呈3×3阵列排布的9个孔洞，并通过钛丝与外电路相连。

作为优选，导电胶层为导电性材料制成的长方形环状结构，用于粘结钛基层与石墨层的四周。

进一步的，所述的导电性材料采用单组份无机硅导电胶。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述系统的污染物去除方法，具体步骤如下：

首先，组装好电极模块，将其与待挂膜的活性污泥放入磁力搅拌器中，通过磁力搅拌器的作用使活性污泥解体并附着在电极模块上；

然后，直接在磁力搅拌器中加入基质，通过序批方式更换基质，使石墨层上的电极生物富集；

最后，将逆向渗流式生物电极系统放入预定容器中，通过布水器持续向钛基层中注入基质，基质通过钛基层上的孔洞蔓延至石墨层，最后利用石墨层的渗透性被附着在石墨层上的电极生物利用，基质被电极生物催化发生氧化反应，产生的电子依次通过石墨层与导电胶层传递至钛基层上，并最终通过钛基层上的钛丝流入外电路，当基质在电极生物作用下发生还原反应时，外电路的电子通过钛丝进入钛基层，并依次通过导电胶层与石墨层被电极生物利用。

本发明的有益效果是：

(1)通过逆转基质流动方向，使靠近电极的生物膜内层微生物最先接触基质，强化了微生物与基质之间的接触，减少了微生物死区。

(2)在基质充足的情况下，内层微生物可以加强对污染物的去除并产电。

附图说明

图1为逆向渗流式生物电极系统整体示意图；

图2为逆向渗流式生物电极系统的模块拆分示意图(从左至右依次为钛基层、导电胶层和石墨层)；

图3为逆向渗流式生物电极系统的剖面示意图；

图4为粘附有微生物后的逆向渗流式生物电极系统的剖面示意图；

图中：布水器1，钛丝2，电极生物3，钛基层4，导电胶层5，石墨层6，孔洞7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。本发明中的技术特征，除有冲突之外，均可进行相互组合，不构成限制。

如图1和2所示，逆向渗流式生物电极系统，系统由布水器1和电极模块组成。其中电极模块包括钛基层4、导电胶层5与石墨层6三个部分；钛基层4的两侧均通过导电胶层5粘结有石墨层6，形成镜像对称的层状结构。导电胶层5为导电性材料制成的长方形环状结构，用于粘结钛基层4与石墨层6的四周。钛基层4呈中空结构，且钛基层4正反面均在壳体上对称开有呈3×3阵列排布的9个孔洞7，并通过钛丝2与外电路相连。布水器1通过布水管和水泵向电极模块中提供基质，具体如图3所示，布水器1的布水管的出水口通入钛基层4的内腔中。导电性材料可采用无机导电胶，优选为耐高温的单组份无机硅导电胶。

在该结构下，当布水器1向钛基层4的空腔中通入基质后，会首先被靠近石墨层6的内层生物所利用，进而再被外层生物所利用。因此，与传统的生物电极相比，通过逆转基质流向，解决了常规生物电极中内层微生物营养条件缺乏反而需要承担高强度的电子传递功能的矛盾，进而解决了微生物死区大，污染物降解效率与产电效率低的问题。

一种利用上述系统的污染物去除方法，具体步骤如下：

首先，组装好电极模块，将其与待挂膜的活性污泥放入磁力搅拌器中，通过磁力搅拌器的作用使活性污泥解体并附着在电极模块上；

然后，直接在磁力搅拌器中加入基质，通过序批方式更换基质，使石墨层6上的电极生物富集，在两侧的石墨层上分别形成电极生物层3(如图4所示)；

最后，将逆向渗流式生物电极系统放入预定容器中，通过布水器1持续向钛基层4中注入基质，基质通过钛基层4上的孔洞7蔓延至石墨层6，最后利用石墨层6的渗透性被附着在石墨层6上的电极生物层3利用，基质被电极生物层3催化发生氧化反应，产生的电子依次通过石墨层6与导电胶层5传递至钛基层4上，并最终通过钛基层4上的钛丝2流入外电路，当基质在电极生物层3作用下发生还原反应时，外电路的电子通过钛丝2进入钛基层4，并依次通过导电胶层5与石墨层6被电极生物层3利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡遵循本发明原则所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。