一种环带式生物膜电极电化学装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种环带式生物膜电极电化学装置及其应用，装置包括圆柱形反应室：设置于反应室内部的环带式膜电极，环带式膜电极包括依次接触的阳极、隔膜和阴极；环带式膜电极将反应室分为阳极室和阴极室；阴极表面附着藻菌生物膜；阳极表面附着电活性菌生物膜；固定环带式膜电极的环形固定框；设置于阳极室内部的阳极柱；设置于阴极室内部的阴极隔板；设置于阳极室内部的阳极隔板；阳极室下部设有阳极进水口，阳极室顶部设有阳极出水口；阴极室顶部设有与阳极出水口相通的阴极进水口，阴极室下部设有阴极出水口；与阴、阳极连接的可调电阻器和恒电位仪。该装置集成度高，能耗和运行费用低，且能强化去除养殖废水中有机污染物、氮化合物和重金属。

Loop type biological film electrode electrochemical device and application thereof

The invention provides a ring type electrochemical biofilm electrode device and application device comprises a cylindrical reaction chamber: ring type membrane electrode is arranged in the reaction chamber, ring type membrane electrode comprises an anode, and a cathode contact diaphragm; ring type membrane electrode of the reaction chamber is divided into an anode chamber and a cathode chamber; periphyton the bacterial biofilm attached to the surface of the cathode surface; the anode electric activity of bacteria biofilm; ring fixed frame fixed ring type membrane electrode; anode column is arranged on the anode chamber; the cathode separator arranged in the cathode chamber; the anode plate positioned on the anode chamber; the anode chamber is arranged on the lower part of the anode inlet, the anode chamber is arranged at the top of the anode the water outlet is arranged at the top of the cathode; cathode chamber and the anode outlet communicated with a water inlet, a cathode chamber is arranged on the lower part of the cathode outlet; and a cathode and an anode connected electrically adjustable Resistor and potentiometer. The device has high integration, low energy consumption and operation cost, and can strengthen the removal of organic pollutants, nitrogen compounds and heavy metals in aquaculture wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种环带式生物膜电极电化学装置及其应用
本专利技术涉及生物电化学和环境工程
，尤其涉及一种环带式生物膜电极电化学装置及其应用。
技术介绍
随着经济的快速发展和生活水平的不断提高，人民群众对肉、奶、蛋等食品的需求与日俱增，使得畜禽养殖业朝着集约化和规模化方向迅猛发展，由此导致产生大量的畜禽养殖废水。畜禽养殖废水是一种典型的高含氮有机废水，同时含有一定量的抗生素及重金属离子，排入环境将导致严重的环境污染，威胁生态安全和人类健康。目前，普遍使用好/厌氧微生物转化(A/O工艺)来处理养殖废水。基于这一原理衍生的技术主要包括：氧化塘、氧化沟、UASB和SBR法等，这些技术在处理畜禽养殖废水方面各具优势，但也存在处理效率不高，占地面积大、能耗和运行费用高等缺陷。近年，生物电化学技术在废水处理领域展现出极大的应用潜力，其特有的阴、阳极生物电化学环境为废水中各类污染物的去除和资源化提供了多样化的途径和条件。鉴于生物电化学技术产能较低，目前普遍将其与传统的好/厌氧生物技术结合用于处理废水。构建集成化程度高、占据空间面积小、能耗和运行费用低及易于放大应用的系统装置是推动生物电化学技术实际应用的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种环带式生物膜电极电化学装置及其应用，该电化学装置集成度高，占空间位置小，且能强化去除养殖废水中的有机污染物和氨氮。本专利技术提供了一种环带式生物膜电极电化学装置，包括圆柱形的反应室：设置于所述反应室内部的环带式膜电极，所述环带式膜电极包括依次接触的阳极、隔膜和阴极；所述环带式膜电极将反应室分为阳极室和阴极室；阳极为阳极室室壁；阴极为阴极室室壁；所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜；所述阳极表面附着电活性细菌生物膜；固定环带式膜电极的环形固定框架；设置于所述阳极室内部的阳极柱；设置于所述阴极室内部的阴极隔板，阴极隔板的一端与反应室接触，相对的另一端与阴极接触；设置于所述阳极室内部的阳极隔板，阳极隔板的一端与阳极柱接触，相对的另一端与阳极接触；所述阳极室下部设有阳极进水口，所述阳极室顶部设有阳极出水口；所述阴极室顶部设有与阳极出水口相通的阴极进水口，所述阴极室下部设有阴极出水口；与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻器和恒电位仪。优选地，所述阴极为碳毡或泡沫金属网。优选地，还包括设置于阴极内部的与阴极同等直径且带插销的阴极导电金属环；还包括设置于阳极内部的与阳极同等直径且带插销的阳极导电金属环。优选地，所述阳极表面设置阳极涂层，所述阳极涂层包括导电材料、介体和金属化合物中的一种或多种。优选地，所述阴极表面设置阴极涂层，所述阴极涂层包括导电材料、介体和金属化合物中的一种或多种。优选地，所述阳极隔板为半圆形；所述阴极隔板为半圆形。优选地，所述阳极进水口与阳极出水口位于阳极隔板两侧；所述阴极进水口和阴极出水口位于阴极隔板两侧。优选地，所述阴极隔板和阳极隔板在同一平面内。本专利技术提供了一种上述技术方案所述环带式生物膜电极电化学装置处理养殖废水的方法，包括以下步骤：将待处理养殖废水从阳极进水口进入到阳极室，所述阳极表面附着电活性细菌生物膜，反应，得到阳极液；所述阳极液通过阳极出水口输送至阴极进水口进入到阴极室，所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜，在白昼藻光反应，及夜晚恒电位仪分别驱动的生物电化学作用下得到处理后的废水。优选地，所述恒电位仪的电压为0.1～1.2V。本专利技术提供了一种环带式生物膜电极电化学装置，包括圆柱形的反应室：设置于所述反应室内部的环带式膜电极，所述环带式膜电极包括依次接触的阳极、隔膜和阴极；所述环带式膜电极将反应室分为阳极室和阴极室；阳极为阳极室室壁；阴极为阴极室室壁；所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜；所述阳极表面附着电活性细菌生物膜；固定环带式膜电极的环形固定框架；设置于所述阳极室内部的阳极柱；设置于所述阴极室内部的阴极隔板，阴极隔板的一端与反应室接触，相对的另一端与阴极接触；设置于所述阳极室内部的阳极隔板，阳极隔板的一端与阳极柱接触，相对的另一端与阳极接触；所述阳极室下部设有阳极进水口，所述阳极室顶部设有阳极出水口；所述阴极室顶部设有与阳极出水口相通的阴极进水口，所述阴极室下部设有阴极出水口；与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻器和恒电位仪。本专利技术提供的装置采用圆盘形设计，将将生物电化学原理与A/O工艺有效高度集成，构型紧凑，占空间小；分别在阴极室、阳极室内设置隔板及在隔板两侧上下端开口设计使污水沿反应室呈环形流动，与环带式生物膜电极表面充分接触，实现对废水中污染物的梯度和高效去除；通过在阴极室引入光合藻消除了好氧阴极曝气，并结合环形阴极室设计与环形阴电极配合，实现阴极藻360度全方位接收光照，高效光合供氧，强化藻菌协同好氧降解污染物；同时，在夜晚使用微型低功率恒电位仪施加电压，强化阴极、阳极生物电化学过程，实现全天持续和高效运行。本专利技术应用于处理养殖废水，可同时有效去除废水中的有机物和含氮化合物，以及抗生素及重金属。实验结果表明：该装置COD去除率高达92.7％，NH3-N去除率高达85.4％，NO3-N去除率高达92.8％，土霉素去除效率高达93.7％，Cu2+去除效率高达92.5％。附图说明图1为本专利技术提供的环带式生物膜电极电化学装置的正视结构示意图；图2为本专利技术提供的环带式生物膜电极电化学装置的俯视结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种环带式生物膜电极电化学装置，包括圆柱形的反应室：设置于所述反应室内部的环带式膜电极，所述环带式膜电极包括依次接触的阳极、隔膜和阴极；所述环带式膜电极将反应室分为阳极室和阴极室；阳极为阳极室室壁；阴极为阴极室室壁；所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜；所述阳极表面附着电活性细菌生物膜；固定环带式膜电极的环形固定框架；设置于所述阳极室内部的阳极柱；设置于所述阴极室内部的阴极隔板，阴极隔板的一端与反应室接触，相对的另一端与阴极接触；设置于所述阳极室内部的阳极隔板，阳极隔板的一端与阳极柱接触，相对的另一端与阳极接触；所述阳极室下部设有阳极进水口，所述阳极室顶部设有阳极出水口；所述阴极室顶部设有与阳极出水口相通的阴极进水口，所述阴极室下部设有阴极出水口；与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻器和恒电位仪。参见图1和图2，图1为本专利技术提供的环带式生物膜电极电化学装置的正视结构示意图；图2为本专利技术提供的环带式生物膜电极电化学装置的俯视结构示意图。其中，1为环带式膜电极，2为阳极，3为阴极，4为隔膜，5为环型固定框，6为导电金属环、7为阳极柱，8为阳极隔板，9为阳极进水口，10为阳极出水口，11为阴极隔板，12为阴极进水口，13为阴极出水口，14为可调电阻器，15为恒电位仪。本专利技术提供的电化学装置包括圆柱形的反应室，所述反应室的外壁为透光率强、耐腐蚀和易于加工的有机玻璃材料制成。在本专利技术的具体实施例中，所述反应室为透光好且易于加工的有机玻璃材料制作的环形外壳体，体积为3.14L。设置于所述反应室内部的环带式膜电极1。在本专利技术中，所述环带式膜电极包括依次接触的阳极2、隔膜4和阴极3；阴极为阴极室室壁。由集成的所述环带式膜电极将反应室分为同心圆环的阳极室和阴极室。所述环带式膜电极内外两侧分别为阳极和阴极，所述阳极2为柔性、多孔和耐腐蚀的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环带式生物膜电极电化学装置，包括圆柱形的反应室：设置于所述反应室内部的环带式膜电极，所述环带式膜电极包括依次接触的阳极、隔膜和阴极；所述环带式膜电极将反应室分为阳极室和阴极室；阳极为阳极室室壁；阴极为阴极室室壁；所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜；所述阳极表面附着电活性细菌生物膜；固定环带式膜电极的环形固定框架；设置于所述阳极室内部的阳极柱；设置于所述阴极室内部的阴极隔板，阴极隔板的一端与反应室接触，相对的另一端与阴极接触；设置于所述阳极室内部的阳极隔板，阳极隔板的一端与阳极柱接触，相对的另一端与阳极接触；所述阳极室下部设有阳极进水口，所述阳极室顶部设有阳极出水口；所述阴极室顶部设有与阳极出水口相通的阴极进水口，所述阴极室下部设有阴极出水口；与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻器和恒电位仪。

【技术特征摘要】
1.一种环带式生物膜电极电化学装置，包括圆柱形的反应室：设置于所述反应室内部的环带式膜电极，所述环带式膜电极包括依次接触的阳极、隔膜和阴极；所述环带式膜电极将反应室分为阳极室和阴极室；阳极为阳极室室壁；阴极为阴极室室壁；所述阴极表面附着光合藻菌共生生物膜；所述阳极表面附着电活性细菌生物膜；固定环带式膜电极的环形固定框架；设置于所述阳极室内部的阳极柱；设置于所述阴极室内部的阴极隔板，阴极隔板的一端与反应室接触，相对的另一端与阴极接触；设置于所述阳极室内部的阳极隔板，阳极隔板的一端与阳极柱接触，相对的另一端与阳极接触；所述阳极室下部设有阳极进水口，所述阳极室顶部设有阳极出水口；所述阴极室顶部设有与阳极出水口相通的阴极进水口，所述阴极室下部设有阴极出水口；与所述阴极和阳极以串联方式连接的可调电阻器和恒电位仪。2.根据权利要求1所述的环带式生物膜电极电化学装置，其特征在于，所述阴极为碳毡或泡沫金属网。3.根据权利要求2所述的环带式生物膜电极电化学装置，其特征在于，还包括设置于阴极内部的与阴极同等直径且带插销的阴极导电金属环；还包括设置于阳极内部的与阳极同等直径且带插销的阳极导电金属环。4.根据权利要求1所述的环带式生物膜电极电化学装置，其特征在于，所述阳极表面设置阳极涂层，所述阳极涂层包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，蔡碧海，徐文静，张亚平，李冠群，文静，彭彦彬，陈谷汎，张耿崚，郭家宏，路星雯，
申请(专利权)人：广东工业大学，东海大学，
类型：发明
国别省市：广东,44