[发明专利]一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应系统

说明书

一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应系统，包括反应器壳体以及沿由下至上的方向间隔设置于反应器壳体中的阴极电解网和阳极电解网，反应器壳体的顶部设有溢流口和排气口，底部设有进水口并连接有用于将污水经进水口通入反应器壳体中的污水泵，阴极电解网与直流电源的负极相连，阳极电解网与直流电源的正极相连，在反应器壳体中位于阴极电解网和阳极电解网之间形成生物反应腔，在生物反应腔中填充有带有氢自养反硝化微生物的生物载体。本发明可有效去除污水中硝酸盐的前提下降低污水处理成本并简化工艺流程。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体的说是一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应系统。

背景技术

由于工业、生活和水产养殖废水的排放以及农业生产中氮肥使用的增加，氮的自然循环遭到破坏，地下水中硝酸盐污染问题在世界范围内日益突出。因高累积浓度硝酸盐会对人类健康和环境造成不利影响，对于水体中硝酸盐的去除已经迫在眉睫。

现有技术中，去除水中硝酸盐的主要方法有：物理法、化学法和生物法。其中，生物法以其较低的运行费用、较高的去除效率及选择性等优点获得了广泛应用。按照微生物需求的碳源不同，生物反硝化可以分为自养反硝化和异养反硝化法，由于异养反硝化需要在水中添加有机物质作碳源，容易引起二次污染，其在饮用水处理中的应用受到限制。而自养反硝化由于其安全可靠、操作方便等优点被更多的应用在脱硝中，尤其氢自养反硝化比较突出。氢自养反硝化一般通过生物法与电化学法相结合来去除硝酸盐，由微生物在缺氧条件下利用电解水于阴极处产生的氢气作电子供体来还原硝酸盐，产生无害的氮气或一氧化氮排出。但是在电解水于阴极产生氢气的同时还会在阳极处产生氧气，而氧气易对需要缺氧条件下反应的微生物产生不利影响，导致硝酸盐分解效果较差。而为了避免氧气对于阴极处生化反应的影响，传统生物电化学反应器采用竖直放置的阴极和阳极，需要在阴极和阳极之间设置质子交换膜，使得氢离子可穿越以维持电流正常导通，而阳极产生的氧气或其它氧化性化学物质则被质子交换膜隔离于阴极以外以避免其对于微生物反应的影响。

由此，一方面因质子交换膜的引入导致成本增高，反应器中因质子交换膜的安装产生结构复杂化；另一方面，阴极位置主要发生的电解水反应会使溶液中的氢离子不断消耗，虽然质子交换膜可以使阳极位置的氢离子通过来弥补阴极的消耗，但由于氢离子需穿过质子交换膜进行迁移，存在一定的阻力，故仍会出现阴极位置溶液因氢离子消耗而产生pH值升高的现象。由于反硝化需要在适宜pH值范围内进行，当pH值过高(9.5)会影响反硝化速率，因此需要在阳极室中添加适量的酸溶液促进氢离子向阴极室的迁移以稳定阴极室溶液pH值在中性范围，此举进一步增加了电化学生物法污水处理成本且使污水处理过程更加繁琐。

发明内容

本发明旨在提供一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应系统，有效去除污水中硝酸盐的前提下降低污水处理成本并简化工艺流程。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种去除水体中硝酸盐的升流穿越式生物电化学反应系统，包括反应器壳体以及沿由下至上的方向间隔设置于反应器壳体中的阴极电解网和阳极电解网，反应器壳体的顶部设有溢流口和排气口，底部设有进水口并连接有用于将污水经进水口通入反应器壳体中的污水泵，阴极电解网与直流电源的负极相连，阳极电解网与直流电源的正极相连，在反应器壳体中位于阴极电解网和阳极电解网之间形成生物反应腔，在生物反应腔中填充有带有氢自养反硝化微生物的生物载体。

优选的，阳极电解网设置在反应器壳体的中上方，阴极电解网设置在反应器壳体的中下方，在反应器壳体中位于阳极电解网的上方形成溢流腔，所述溢流口设置于溢流腔的侧壁上，在反应器壳体中位于阴极电解网的下方形成进水腔，所述进水口设置于进水腔的底端。

优选的，进水腔的底部设有隔板，隔板用于收集由生物载体上脱落的微生物。

优选的，溢流腔的侧壁上且低于溢流口的位置开设有循环出口，进水腔的侧壁上设有循环进口，循环出口和循环进口之间设有循环泵。

优选的，循环泵和污水泵均为蠕动泵。