[实用新型]一种产电20-87W/m2的节能催化水处理装置

说明书

本实用新型公开了一种产电20‑87W/m²的节能催化水处理装置，属于废水资源化和能源化领域。该装置包括池体、导线、负载、阴极室、曝气装置、出水溢流装置、进水泵、进水管、阳极室、碳棒和沙粒隔层。废水通过阳极室的产电微生物分解废水中的有机物并释放电子，再通过沙粒隔层过滤掉颗粒物及阳极微生物后向上渗入阴极室中，再经曝气装置进一步降解通过出水溢流装置流出，实现废水处理及废水产电。废水经过一次流过该装置，或流过多个串联的组合单元装置，实现有机质被降解、颗粒悬浮物被截留；阴极电极的负载催化剂能提高产电能力和对污染物的降解能力，有效提高出水水质；且该装置结构简单，操作方便，运行费用少。

技术领域

本实用新型属于废水资源化和能源化技术领域，具体涉及达到单位电极面积产电20W/m²的新型水处理装置，以活性炭颗粒和微生物作生物阳极，以基底为碳纤维布的复合电极作阴极，中间为石英砂与锰砂隔层。废水先进入装置的阳极，在生物阳极作用下，污染物浓度梯度降低，经隔层的过滤和截留作用、阴极催化作用得到进一步净化。耦合微生物产电作用和阴极催化作用如催化氧化污染物氨/COD(化学需氧量)等、还原硝态氮和氧还原作用，实现了高效水处理。

背景技术

生物产电技术，是近些年迅速发展起来的一种将生物法与电化学技术结合的新技术，将其应用到废水处理领域，能够在降解有机物的同时产生电能。微生物可将底物中的有机物直接转化成CO₂、H₂O等小分子无机物，并将其中的化学能转化为电能，不排放污染物，是一种清洁能源。阳极微生物能够将有机物氧化，并将氧化过程中释放出来的电子转移到电极材料上，进而以电流的形式从外电路输出。微生物的生长需要厌氧或微氧环境，以保证最终电子受体是电极而不是氧气，否则电子将直接参与还原生成水。特别地，如果将有机废水作为生物阳极的底物，废水中的有机物会被微生物降解，这样便完成了有机物的氧化分解、电子流动和电位梯度的形成。从能源和环境保护的角度来看，这样一个过程实际上是实现了污染物向电能的直接转化，同时污染物又被分解，使废水不但被处理，而且“变废为宝”。但其对废水的处理效率较低，阳极出水水质一般达不到排放标准，需进一步处理，此外电能输出较小、库伦效率低等问题也有待解决。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种产电20-87W/m²的节能催化水处理装置，构建了一种自生电场电催化的水处理装置，本实用新型的技术方案为：

一种产电20-87W/m²的节能催化水处理装置，包括池体1、导线2、负载3、阴极室4、曝气装置5、出水溢流装置6、进水泵7、进水管8、阳极室9、碳棒 10和沙粒隔层11；

其中，沙粒隔层11位于池体1中部，沙粒隔层11将池体1分为阴极室4和阳极室9两部分；所述阳极室9位于沙粒隔层11的下方，阳极电极为碳棒10，碳棒10的一端连接导线；阳极室9用活性炭填充并负载产电微生物；所述阴极室4位于沙粒隔层11的上方，阴极电极以导电性材料为基底并负载催化剂，阴极电极的一端连接导线并接入负载3，与阳极电极碳棒10一端的导线相连，从而形成外电路；曝气装置5位于阴极室4、池体1顶部的开口处，用于向阴极室 4内补充空气或氧气，进一步促进催化降解废水中的有机物；出水溢流装置6位于阴极室4、池体1上方、低于曝气装置5所在的开口处；进水泵7通过进水管 8通入至阳极室9、位于池体1的下方；废水通过进水泵7从进水管8流入阳极室9，阳极室9的产电微生物分解废水中的有机物并释放电子，废水再通过沙粒隔层11过滤掉颗粒物及阳极微生物后向上渗入阴极室4中，再经曝气装置5进一步降解通过出水溢流装置6流出，从而实现废水处理及废水产电。

进一步地，阴极电极的基底导电性材料为碳纤维布或活性炭；阴极电极的负载催化剂为二氧化钛复合催化剂、含Fe、Mn、Zn、C、F、O元素的催化剂。

进一步地，阳极室9活性炭的填充率为40％～95％。

进一步地，沙粒隔层11为石英砂、锰砂或二者的混合物。