一种基于异位电子补偿原理的污水反硝化脱氮装置及其应用

本发明属于污水处理，具体涉及一种基于异位电子补偿原理的污水反硝化脱氮装置及其应用。

背景技术：

1、目前，含有硝酸盐的污水通常通过微生物的异养反硝化过程所去除，该过程需要通过添加外加碳源来完成，常用的外碳源有乙酸钠、葡萄糖、甲醇和乙醇等，但是上述碳源的使用存在成本高、储存不安全、副产物有毒性、出水存在超标风险等问题。

2、农业废弃物如玉米芯、秸秆等在我国年产量大，对其合理的处理和处置具有重要的环境价值，有研究报道农业废弃物可以作为异养反硝化微生物的低成本外加碳源来进行异养反硝化还原硝酸盐，但由于农业废弃物的自身组成特性，通过其直接释放的碳源生物可利用性差不利于微生物异养反硝化，同时其释放碳源的过程不易控制，易导致水体二次污染等问题。

3、微生物电化学系统是一种新型环境处理技术，已被广泛用于生活污水处理、受污地表水体/底泥原位同步修复等领域，该技术主要由电子输出端电极、电子输入端电极、交换膜、外电路、外电路负载构成(如图1)，其中电子输出端电极富集的功能微生物通过代谢有机物(电子供体)产生胞外电子，并通过外电路传输至电子输入端电极完成整个反应，实现电子异位补偿过程。其中电子输出端电极的微生物可以利用农业废弃物为电子供体代谢产生胞外电子，电子输入端电极的微生物可以利用氧化性物质(如硝酸盐)为电子受体，实现硝酸盐的自养还原。但是上述装置(图1)的装置使用时，需要将硝酸盐污水通入到系统的阴极室，因此，只能实现含硝酸盐污水的异位去除，而不能实现原位去除。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于异位电子补偿原理的污水反硝化脱氮装置及其应用。本发明提供的脱氮装置可以实现含硝酸盐污水的原位脱氮。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种基于异位电子补偿原理的污水反硝化脱氮装置，包括阳极室1；所述阳极室1的侧壁为分隔膜2；

4、位于阳极室1中的电子输出端电极3；

5、与电子输出端电极3材料通过外电路4依次连接的外电路负载5和电子输入端电极6；所述外电路负载5和电子输入端电极6位于所述阳极室1的外部；

6、所述阳极室1用于填充碳源7。

7、优选地，所述污水反硝化脱氮装置还包括碳源供给室8；所述碳源供给室8与阳极室1通过管道连通。

8、优选地，所述污水反硝化脱氮装置还包括浮体10和水生植物9，所述水生植物9种植于所述浮体10上；所述电子输入端电极6固定于所述浮体10的下方。

9、优选地，所述污水反硝化脱氮装置还包括导电填料11；所述导电填料11与电子输入端电极6相接触，电子输入端电极6置于导电填料11中。

10、优选地，所述污水反硝化脱氮装置还包括在线监测装置，所述在线监测装置和外电路负载5相连；所述在线监测装置为电压、电流和电位数据采集装置中的一种或几种。

11、优选地，所述电子输出端电极3和电子输入端电极6的材质独立地包括刚性碳基材料、修饰性碳基材料和无定型碳材料中的一种或几种。

12、优选地，所述阳极室1为立方体箱室。

13、优选地，所述分隔膜2的材质包括离子交换膜或微生物分隔膜。

14、优选地，所述外电路负载5包括变阻箱、直流电源和恒电位仪中的一种或几种。

15、本发明还提供了一种利用上述所述的污水反硝化脱氮装置处理污水的方法，包括以下步骤：

16、将污水反硝化脱氮装置置于含氮污水中，进行反硝化反应。

17、本发明提供了一种污水反硝化脱氮装置，包括阳极室1；所述阳极室1的侧壁为分隔膜2；位于阳极室1中的电子输出端电极3；与电子输出端电极3材料通过外电路4依次连接的外电路负载5和电子输入端电极6；所述外电路负载5和电子输入端电极6位于所述阳极室1的外部；所述阳极室1用于填充碳源7。本发明所述的装置使用时，可通过向阳极室中不断供给碳源，电子输出端电极通过代谢碳源向电子输入端输送电子，同时电子输入端电极6可直接置于含有硝酸盐的污水中，实现硝酸盐的原位自养反硝化(脱氮)过程。

18、另外，本发明中的分隔膜2可通过调换种类，实现三维箱中的碳源与外界脱氮环境的分隔，控制碳源不能扩散或可控扩散出外界脱氮环境，实现了污水的清洁脱氮，有效避免了水体二次污染风险。

技术特征：

1.一种基于异位电子补偿原理的污水反硝化脱氮装置，包括阳极室(1)；所述阳极室(1)的侧壁为分隔膜(2)；

2.根据权利要求1所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述污水反硝化脱氮装置还包括碳源供给室(8)；所述碳源供给室(8)与阳极室(1)通过管道连通。

3.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述污水反硝化脱氮装置还包括水生植物(9)和浮体(10)，所述水生植物(9)种植于所述浮体(10)上；所述电子输入端电极(6)固定于所述浮体(10)的下方。

4.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述污水反硝化脱氮装置还包括导电填料(11)，所述导电填料(11)与电子输入端电极(6)相接触，电子输入端电极(6)置于导电填料(11)中。

5.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述污水反硝化脱氮装置还包括在线监测装置，所述在线监测装置和外电路负载(5)相连；所述在线监测装置为电压、电流和电位数据采集装置中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述电子输出端电极(3)和电子输入端电极(6)的材质独立地包括刚性碳基材料、修饰性碳基材料和无定型碳材料中的一种或几种。

7.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述阳极室(1)为立方体箱室。

8.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述分隔膜(2)的材质包括离子交换膜或微生物分隔膜。

9.根据权利要求1或2所述的污水反硝化脱氮装置，其特征在于，所述外电路负载(5)包括变阻箱、直流电源和恒电位仪中的一种或几种。

10.一种利用权利要求1所述的污水反硝化脱氮装置处理含氮污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种基于异位电子补偿原理的污水反硝化脱氮装置及其应用。本发明所述的装置使用时，可通过向阳极室中不断供给碳源，电子输出端电极通过代谢碳源向电子输入端输送电子，同时装置可直接置于含有硝酸盐的污水中，实现含氮污水的原位反硝化(脱氮)过程。

技术研发人员：冯玉杰,李健楠,刘国宏,田言
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13