[发明专利]用于实验研究的生物膜电极反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于实验研究的有机废水特别是难降解有机废水处理的生物膜电极反应器。

背景技术

随着现代工业的发展，生产过程中的废水排放量剧增，尤其是石油、化工、农药、印染、医药、味精、造纸等行业。废水大量排放给环境带来了严重污染，有害于人类健康及生物的生长繁殖，影响经济的可持续发展。随着废水处理技术的发展和完善，成份简单、生物降解性好的工业废水已能得到有效的控制，但难生物降解有机废水的处理仍然缺乏经济而有效的适用技术。难降解有机污染物排放到水体等自然环境后不易通过天然的生物自净作用而逐渐减少其含量，因此对这类有机污染物的控制成为水污染防治中的新课题。

废水处理技术发展至今，已有许多成熟的方法，其中生物法是目前消除生活和工业废水中有机污染物最经济、最有效的方法[Quesnel D，et al.Environ Eng2005，131：570-578.]，但是许多工业生产过程中产生的有机废水用生物法很难有效降解。近年来，由于电化学法在废水处理中的应用研究进展，使人们对这一方法的期待更加迫切[Chen G.H.Separation and Purification Technology，2004，38：11-41]。但是，电化学法存在电流效率低，能耗高、操作费用大等许多亟待解决的问题。因此，新方法的开发研究是科学工作者必须面对的工作。

生物膜电极法是近年来发展起来的一项新型水处理技术。1988年，U.Fuch等将生物膜法与电化学法相结合，应用于反硝化除氮，使废水中的NH₄⁺在亚硝化细菌的作用下转化为NO^2-，再经电解转化为N₂[DE 3838170，1990.5.17.]。1992年，R.B.Mellor等首次提出电极-生物膜反应器的概念，他们将NO^3-、NO^2-、N₂O还原酶与臧红T等具有电子传递能力的染料基质混合后，涂布在阴极表面，制成生物膜电极[Nature，1992，355(2)：717-719.]。Y.Sakakibaro等人将脱氮细菌固定在阴极表面，对地面水和饮用水中低浓度浓度硝酸盐进行处理，取得了很好的效果[Wat.Sci.Tech.，1994，30(6)：151-155.]。此后，国内外学者在生物膜电极的制备、反硝化机理、反硝化工艺条件、反应器结构设计等方面取得了一系列进展。

1997年，M.Kuroda等发现，细菌在进行反硝化的同时，以溶液中的有机物作为碳源，可同时除去溶液COD，表明生物膜电极反硝化法具有处理含氮有机废水的可能[Wat.Sci.Tech.，1997，35(8)：161-168.]。林海波等利用生物膜电极技术降解了对氨基二甲基苯胺，进一步证实生物膜电极可处理含氮有机废水[高等学校化学学报，2007，28，556-558.]。

然而，上述的所有废水处理方法都是以生物膜电极反硝化原理为基础，即通过电化学方法在阴极上产生氢气，供阴极上生长的生物膜或固定化的反硝化菌作电子供体，在自养的条件下进行生物反硝化。专利200710056322.8发明了一种用生物膜电极技术处理苯酚废水的方法，采用的生物膜电极法降解苯酚废水的速度快，效率高且能耗低。这表明生物膜电极技术也可降解非含氮有机废水。

如果能够充分利用阳极的有机污染物的电氧化降解作用，将大大拓宽生物膜电极法的应用范围，这将是生物膜电极技术的重要发展。也就是说，有机污染物在直流电的作用下，在阳极以电化学氧化方式降解，在阴极以生物膜电极方法降解。显然，阳极和生物膜阴极在有机污染物降解过程中协同作用是一个非常复杂的过程，研究这种电化学与生物技术间的优化组合关系和协同机制，对于优化和设计生物膜电极反应器、研究开发生物膜电极反应器在不同难生物降解有机废水处理过程中的应用工艺、具有重要的理论意义和应用价值。

因此，迫切需要适合于能够用于生物膜电极法降解过程研究的生物膜电极反应器。这种反应器不仅可以进行生物膜电极反应机理的研究，而且可以适用于阳极电化学氧化过程，同时满足研究阴极和阳极协调作用的研究需要。

发明内容

本实用新型的目的是提供用于生物膜电极降解多种有机污染物实验研究的反应器，而该反应器拆卸方便，并能进行多项研究工作。