本发明专利技术公开了一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法，极性反转室与阳极室之间通过质子膜隔开，极性反转室与纯氧室间以及阳极室与纯氧室间均通过空气阴极隔开，极性反转室设有进水口和极性反转室出水口，阳极室设有阳极室进水口和出水口，极性反转室出水口与阳极室进水口连通；极性反转室内设有碳刷电极并附有微生物膜；阳极室中设有铁片阳极。本发明专利技术利用极性反转法，在极性反转前，微生物利用外来碳源异养快速生长形成生物膜；极性反转后，微生物利用外接电路上的电子自养生长脱氮，通过控制异养环境的时间，从而减少投加碳源的成本，实现了低C/N比废水高效自养反硝化脱氮，并以蓝铁矿为产物进行磷资源回收和电能回收。和电能回收。和电能回收。
【技术实现步骤摘要】
一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法
[0001]本专利技术涉及低C/N比的含氮磷废水处理
，具体涉及一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法。
技术介绍
[0002]氮、磷是生命活动中至关重要的元素，然而大量的氮、磷排入到水体中则会造成水体富营养化，因此脱氮除磷成为当下的研究热点。水体中C/N比较以往大幅降低，进行传统异养反硝化需要外加有机物，容易造成二次污染，自养反硝化技术的地位便日渐提高，但自养反硝化菌存在生长缓慢、较难形成稳定的生物膜等缺点，是低C/N比废水中进行自养反硝化脱氮亟须解决的问题。加之磷资源极为匮乏，将污水中的磷资源进行回收显得尤为重要。利用微生物燃料电池极性反转法，进行高效自养反硝化脱氮，并以蓝铁矿的形式回收利用废水中的磷，是本领域技术人员所要研究的主要内容。
技术实现思路
[0003]为解决现有技术中存在问题，本专利技术的目的在于提供一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置及方法，本专利技术不仅能够解决自养反硝化菌较难形成稳定生物膜的问题，提高脱氮效率，还可将废水中的磷元素以蓝铁矿的形式回收，且产生电能。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，包括极性反转室、阳极室和纯氧室，极性反转室与阳极室之间通过质子膜隔开，极性反转室与纯氧室之间以及阳极室与纯氧室之间均通过空气阴极隔开，极性反转室设有进水口和极性反转室出水口，阳极室设有阳极室进水口和出水口，极性反转室出水口与阳极室进水口连通；
[0006]极性反转室内设有碳刷电极，碳刷电极上附有微生物膜；阳极室中设有铁片阳极。
[0007]优选的，极性反转室的底部设有脱落生物膜排出口，阳极室的底部设有阳极产物排出口。
[0008]优选的，极性反转室的底部和阳极室的底部分别具有脱落生物膜收集斗和阳极产物收集斗口，脱落生物膜排出口设置于脱落生物膜收集斗的底部，阳极产物排出口设置于阳极产物收集斗口的底部。
[0009]优选的，进水口的水平高度低于极性反转室出水口，极性反转室出水口水平高度高于阳极室进水口，阳极室进水口水平高度低于出水口。
[0010]优选的，碳刷电极悬挂于极性反转室的中部。
[0011]优选的，铁片阳极设置于阳极室的中部。
[0012]优选的，极性反转室、阳极室、纯氧室的容积比为(1.5
‑
1.9)：(1.5
‑
1.9)：1。
[0013]优选的，碳刷电极的体积与极性反转室的极性反转室反应区容积的比为1：(2.5
‑
3.8)，碳刷电极的面积与空气阴极表面积比为1：(2.4
‑
3.6)。
[0014]优选的，铁片阳极的体积与阳极室的阳极室反应区容积的比为1：(4.3
‑
5.8)，铁片阳极的面积与空气阴极表面积比为1：(4.4
‑
5.6)。
[0015]本专利技术还提供了一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的方法，该方法采用本专利技术如上所述的利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置进行，包括如下过程：
[0016]将含氮磷废水从进水口送进入极性反转室，在极性反转室内提供适量碳源，碳刷电极作为阳极并与空气阴极相连，构建异养反硝化环境，待碳刷电极上形成稳定生物膜后，构建自养反硝化环境；
[0017]将碳刷电极作为阴极并与铁片阳级相连，进行自养反硝化脱氮，阳极室内铁片阳级失电子成为可溶性的二价铁，二价铁与含氮磷废废水中的磷酸根离子反应生成蓝铁矿沉淀。
[0018]本专利技术具有如下有益效果：
[0019]本专利技术利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，采用包括极性反转室、阳极室、纯氧室结构。极性反转室内利用附着生物膜的碳刷作为生物电极，分别提供利于异养反硝化菌和自养反硝化菌生长的环境条件，通过控制异养环境的时间，从而减少投加碳源的成本。待形成稳定的生物膜后，改变极性反转室的导线连接方式进行极性反转，碳刷电极作为生物阴极进行自养反硝化脱氮，使得低C/N比废水取得良好的脱氮效果。在阳极室反应区内，阳极电极采用廉价易得的零价铁片，铁片阳极能够被氧化为可溶性二价铁离子，废水中的磷酸盐与二价铁反应生成蓝铁矿沉淀，实现磷资源化回收。同时极性反转室电极、铁阳极、空气阴极上与负载和电能回收装置连接，达到产生电能的目的。极性反转室与阳极室间设质子膜，防止铁片阳极氧化产生的二价铁离子进入极性反转室内导致微生物生成铁壳，影响脱氮效果。
[0020]进一步的，极性反转室、阳极室和纯氧室的容积比为(1.5
‑
1.9)：(1.5
‑
1.9)：1，在该比例配合下，使得各极室间稳定运行，达到高效脱氮回收磷及稳定产电的目的。
附图说明
[0021]图1是本专利技术利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置的主体图；
[0022]图2是本专利技术利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置的左视图；
[0023]图3是本专利技术利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置的右视图；
[0024]图4是本专利技术利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置的俯视图。
[0025]图中：A
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极性反转室、B
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阳极室、C
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纯氧室、1
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底座、2
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脱落生物膜排出口、3
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脱落生物膜收集斗、4
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有机玻璃隔板、5
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进水口、6
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极性反转室反应区、7
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碳刷电极、8
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极性反转室出水口、9
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质子膜、10
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钛丝、11
‑
密封盖、12
‑
外接导线口、13
‑
阳极产物排出口、14
‑
阳极产物收集斗口、15
‑
阳极室进水口、16
‑
空气阴极、17
‑
铁片阳极、18
‑
出水口、19
‑
阳极室反应区、20
‑
充氧口、21
‑
外接导线、22
‑
负载、23
‑
电信号采集系统、24
‑
密封法兰。
具体实施方式
[0026]下面结合具体附图和实施例对本专利技术做进一步说明。若没有特殊说明或冲突，各优选实施方式可以任意组合。
[0027]参照图1～图4，本专利技术利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，包括极性反转室A、阳极室B和纯氧室C。极性反转室A设有进水口5、附着微生物膜的碳刷电极7、极性反转室出水口8以及外接导线口。阳极室B设有铁片阳级17、出水口18、阳极室进水口15以及外接导线口。极性反转室A和阳极室B间设有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，其特征在于，包括极性反转室(A)、阳极室(B)和纯氧室(C)，极性反转室(A)与阳极室(B)之间通过质子膜(9)隔开，极性反转室(A)与纯氧室(C)之间以及阳极室(B)与纯氧室(C)之间均通过空气阴极(16)隔开，极性反转室(A)设有进水口(5)和极性反转室出水口(8)，阳极室(B)设有阳极室进水口(15)和出水口(18)，极性反转室出水口(8)与阳极室进水口(15)连通；极性反转室(A)内设有碳刷电极(7)，碳刷电极(7)上附有微生物膜；阳极室(B)中设有铁片阳极(17)。2.根据权利要求1所述的一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，其特征在于，极性反转室(A)的底部设有脱落生物膜排出口(2)，阳极室(B)的底部设有阳极产物排出口(13)。3.根据权利要求2所述的一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，其特征在于，极性反转室(A)的底部和阳极室(B)的底部分别具有脱落生物膜收集斗(3)和阳极产物收集斗口(14)，脱落生物膜排出口(2)设置于脱落生物膜收集斗(3)的底部，阳极产物排出口(13)设置于阳极产物收集斗口(14)的底部。4.根据权利要求1所述的一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，其特征在于，进水口(5)的水平高度低于极性反转室出水口(8)，极性反转室出水口(8)水平高度高于阳极室进水口(15)，阳极室进水口(15)水平高度低于出水口(18)。5.根据权利要求1所述的一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，其特征在于，碳刷电极(7)悬挂于极性反转室(A)的中部。6.根据权利要求1所述的一种利用极性反转实现高效脱氮除磷及产能回收的装置，其特征在于，铁片...
【专利技术属性】
技术研发人员：王茹，赖玲玲，牛屹帆，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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