本發(fā)明涉及低濃度廢水處理，尤其涉及一種生物電化學(xué)反應(yīng)器及利用其處理低濃度廢水的方法。

背景技術(shù)：

1、本發(fā)明背景技術(shù)中公開的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、典型的污水排放指標(biāo)包括：氨氮(nh4+-n)、化學(xué)需氧量(cod)、重金屬等。盡管污水處理廠對污水進(jìn)行了多級處理，但污水處理廠排放的污水仍難以達(dá)到要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。特別是尾水的深度處理相對困難，因?yàn)槠溆袡C(jī)物的濃度和生物降解性都相對較低。因此，一些污水處理廠在末端處理中使用高級氧化方法，如芬頓、臭氧氧化和過濾等。然而，這些方法成本高昂，并且存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。電化學(xué)處理通過電化學(xué)電池中釋放的自由基的作用來降解污染物，例如，電氧化法直接依靠陽極形成強(qiáng)氧化劑，如羥基自由基(-oh)或次氯酸根離子，這種處理技術(shù)化學(xué)添加量低，且無二次排放。

3、然而，電化學(xué)處理工藝的效率在很大程度上取決于溶液中有機(jī)化合物的濃度以及電極和溶液之間的電子轉(zhuǎn)移條件，而且，電化學(xué)處理在長時(shí)間運(yùn)行后，陽極材料會(huì)受到腐蝕，導(dǎo)致污染物去除效率降低。電化學(xué)處理過程中的污染物去除效率通常是通過在處理過程中提高電流密度來提高的；然而，當(dāng)電化學(xué)系統(tǒng)達(dá)到最佳處理?xiàng)l件時(shí)，采用的高電流密度會(huì)導(dǎo)致更高的功率和電能消耗以及更快的電極腐蝕。

4、為了克服電化學(xué)方法的缺點(diǎn)，近年來嘗試將電化學(xué)過程與生物過程相結(jié)合，作為預(yù)處理或后處理方法。生物電化學(xué)系統(tǒng)(bes)技術(shù)是一種新型的生物廢水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的膜生物系統(tǒng)相比具有顯著優(yōu)勢，包括更小的占地面積和低碳的可持續(xù)性。生物膜內(nèi)或生物膜-電極界面的電子交換是促進(jìn)污染物降解的關(guān)鍵所在，電刺激的正負(fù)效應(yīng)取決于直流電或電壓強(qiáng)度以及微生物的生理特性(好氧或厭氧)。因此，如何提供一種具有高效處理低濃度污水的生物電化學(xué)反應(yīng)器及方法是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種生物電化學(xué)反應(yīng)器及利用其處理低濃度廢水的方法，解決了現(xiàn)有低濃度廢水處理工藝成本高昂、存在二次污染或電極腐蝕嚴(yán)重的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種生物電化學(xué)反應(yīng)器，包括反應(yīng)器頂蓋和反應(yīng)器罐體，所述反應(yīng)器頂蓋和反應(yīng)器罐體可拆卸連接；所述反應(yīng)器頂蓋上設(shè)置進(jìn)氣孔，所述反應(yīng)器罐體內(nèi)部設(shè)置有陽極、陰極和曝氣裝置，所述陽極和陰極分別通過鈦絲與外部直流電源連接；所述曝氣裝置和進(jìn)氣孔相連；所述陽極和陰極均為碳納米管改性鈦電極。

3、優(yōu)選的，所述反應(yīng)器頂蓋上設(shè)置取樣孔，所述鈦絲穿過反應(yīng)器頂蓋與外部直流電源連接。

4、優(yōu)選的，所述碳納米管改性鈦電極由碳納米管漿液通過輥壓法粘附到鈦網(wǎng)上，控制碳納米管的負(fù)載量為10～20mg/cm2；然后干燥而得。

5、進(jìn)一步的，所述碳納米管漿液包括硝酸浸泡改性的碳納米管、氯化鎳催化劑、聚四氟乙烯乳液粘結(jié)劑和溶劑；所述溶劑為水和乙醇的混合溶劑。

6、進(jìn)一步的，所述硝酸浸泡改性的碳納米管、氯化鎳催化劑、聚四氟乙烯乳液粘結(jié)劑和溶劑的用量比為1g:(0.005～0.02)g:(0.1～0.2)ml:(30～50)ml。

7、進(jìn)一步的，所述干燥步驟之后還包括將碳納米管改性鈦電極在0.5～2wt％的十二烷基硫酸鈉溶液中浸泡20～30h、然后烘干的步驟。

8、第二方面，本發(fā)明提供了利用上述生物電化學(xué)反應(yīng)器處理低濃度廢水的方法，包括如下步驟：

9、將好氧污泥與水的混合物加入到所述生物電化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)器罐體中，控制陽極和陰極的電壓為0.2～2v，曝氣條件下在碳納米管改性鈦電極表面培養(yǎng)電活性菌種；

10、清洗反應(yīng)器罐體，然后將低濃度廢水加入到反應(yīng)器罐體內(nèi)，控制陽極和陰極的電壓為0.2～2v，在曝氣條件下進(jìn)行生物電化學(xué)好氧反應(yīng)。

11、優(yōu)選的，所述低濃度廢水的cod濃度為200～400mg/l，nh4+-n濃度為10～20mg/l。

12、優(yōu)選的，所述好氧污泥與水的體積比為(2～4):(6～8)；所述在碳納米管改性鈦電極表面培養(yǎng)電活性菌種的時(shí)間為12～18天。

13、優(yōu)選的，所述曝氣流量為80～150ml/min。

14、優(yōu)選的，所述在曝氣條件下進(jìn)行生物電化學(xué)好氧反應(yīng)的時(shí)間為8～15h。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得了以下有益效果：

16、本發(fā)明提供的生物電化學(xué)反應(yīng)器構(gòu)造簡單、成本低廉，利用其處理低濃度廢水時(shí)，在曝氣條件和低電壓下即可實(shí)現(xiàn)12h內(nèi)低濃度廢水的cod和nh4+-n去除效率最高可達(dá)95％以上的優(yōu)異效果，電極腐蝕性低，處理方法簡單高效，而且不產(chǎn)生二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種生物電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，包括反應(yīng)器頂蓋和反應(yīng)器罐體，所述反應(yīng)器頂蓋和反應(yīng)器罐體可拆卸連接；所述反應(yīng)器頂蓋上設(shè)置進(jìn)氣孔，所述反應(yīng)器罐體內(nèi)部設(shè)置有陽極、陰極和曝氣裝置，所述陽極和陰極分別通過鈦絲與外部直流電源連接；所述曝氣裝置和進(jìn)氣孔相連；所述陽極和陰極均為碳納米管改性鈦電極。

2.如權(quán)利要求1所述的生物電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器頂蓋上設(shè)置取樣孔，所述鈦絲穿過反應(yīng)器頂蓋與外部直流電源連接。

3.如權(quán)利要求1所述的生物電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述碳納米管改性鈦電極由碳納米管漿液通過輥壓法粘附到鈦網(wǎng)上，控制碳納米管的負(fù)載量為10～20mg/cm2；然后干燥而得。

4.如權(quán)利要求3所述的生物電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述碳納米管漿液包括硝酸浸泡改性的碳納米管、氯化鎳催化劑、聚四氟乙烯乳液粘結(jié)劑和溶劑；所述溶劑為水和乙醇的混合溶劑；所述硝酸浸泡改性的碳納米管、氯化鎳催化劑、聚四氟乙烯乳液粘結(jié)劑和溶劑的用量比為1g:(0.005～0.02)g:(0.1～0.2)ml:(30～50)ml。

5.如權(quán)利要求3所述的生物電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述干燥步驟之后還包括將碳納米管改性鈦電極在0.5～2wt％的十二烷基硫酸鈉溶液中浸泡20～30h、然后烘干的步驟。

6.一種利用如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的生物電化學(xué)反應(yīng)器處理低濃度廢水的方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述低濃度廢水的cod濃度為200～400mg/l，nh4+-n濃度為10～20mg/l。

8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述好氧污泥與水的體積比為(2～4):(6～8)；所述在碳納米管改性鈦電極表面培養(yǎng)電活性菌種的時(shí)間為12～18天。

9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述曝氣流量為80～150ml/min。

10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述在曝氣條件下進(jìn)行生物電化學(xué)好氧反應(yīng)的時(shí)間為8～15h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種生物電化學(xué)反應(yīng)器及利用其處理低濃度廢水的方法，屬于低濃度廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的生物電化學(xué)反應(yīng)器包括反應(yīng)器頂蓋和反應(yīng)器罐體；反應(yīng)器頂蓋上設(shè)置進(jìn)氣孔，反應(yīng)器罐體內(nèi)部設(shè)置有陽極、陰極和曝氣裝置，陽極和陰極分別通過鈦絲與外部直流電源連接；曝氣裝置和進(jìn)氣孔相連；陽極和陰極均為碳納米管改性鈦電極。本發(fā)明利用上述生物電化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行低濃度廢水處理時(shí)，首先利用好氧污泥在電極表面培養(yǎng)電活性菌種，然后進(jìn)行生物電化學(xué)好氧反應(yīng)，在曝氣條件和低電壓下即可實(shí)現(xiàn)12h內(nèi)低濃度廢水的COD和NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;?N去除效率最高可達(dá)95％以上的優(yōu)異效果，電極腐蝕性低，處理方法簡單高效，而且不產(chǎn)生二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：馮慶,李曉祥,周奕年,呂耀威,訾昊,張英坤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10