本發(fā)明歸屬?gòu)U水生物處理領(lǐng)域，具體涉及一種逆向滲流式生物電極系統(tǒng)及其污染物去除方法。

背景技術(shù)：

目前，生物電化學(xué)系統(tǒng)常被用于污染物的強(qiáng)化處理，其中生物電極是該系統(tǒng)的核心部件。生物電極上的微生物附著在電極表面，可以氧化污染物并向電極傳遞電子，或是利用電極傳遞而來(lái)的電子進(jìn)行污染物的還原。由于生物膜存在一定的厚度，而含有污染物的廢水一般存在于生物電極周圍環(huán)境中，故污染物首先被外層的微生物所吸收利用，再逐漸向內(nèi)層滲透。

申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在該模式下外層微生物所處環(huán)境中污染物含量豐富，內(nèi)層微生物長(zhǎng)期處于饑餓狀態(tài)。然而，在生物電極中與電極緊密接觸的內(nèi)層微生物卻承擔(dān)著大部分電子傳遞的功能。內(nèi)層微生物營(yíng)養(yǎng)條件的缺乏與承擔(dān)功能的強(qiáng)度形成了尖銳的矛盾。因此，本發(fā)明以生物電極為基礎(chǔ)，逆轉(zhuǎn)基質(zhì)流向，使基質(zhì)優(yōu)先通過(guò)內(nèi)層微生物再擴(kuò)散到外層微生物，開發(fā)了一種逆向滲流式生物電極系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的基質(zhì)與電極內(nèi)層微生物接觸不夠充分，微生物死區(qū)大，污染物降解效率與產(chǎn)電效率低的問(wèn)題，提供一種逆向滲流式生物電極系統(tǒng)及其污染物去除方法。

逆向滲流式生物電極系統(tǒng)，系統(tǒng)由布水器和電極模塊組成，其中電極模塊包括鈦基層、導(dǎo)電膠層與石墨層三個(gè)部分；鈦基層的兩側(cè)均通過(guò)導(dǎo)電膠層粘結(jié)有石墨層，形成鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)；所述的鈦基層呈中空結(jié)構(gòu)，且其殼體上設(shè)置有若干個(gè)孔洞，布水器的布水管的出水口通入鈦基層的內(nèi)腔中。

作為優(yōu)選，鈦基層正反面均在殼體上對(duì)稱開有呈3×3陣列排布的9個(gè)孔洞，并通過(guò)鈦絲與外電路相連。

作為優(yōu)選，導(dǎo)電膠層為導(dǎo)電性材料制成的長(zhǎng)方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，用于粘結(jié)鈦基層與石墨層的四周。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)電性材料采用單組份無(wú)機(jī)硅導(dǎo)電膠。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述系統(tǒng)的污染物去除方法，具體步驟如下：

首先，組裝好電極模塊，將其與待掛膜的活性污泥放入磁力攪拌器中，通過(guò)磁力攪拌器的作用使活性污泥解體并附著在電極模塊上；

然后，直接在磁力攪拌器中加入基質(zhì)，通過(guò)序批方式更換基質(zhì)，使石墨層上的電極生物富集；

最后，將逆向滲流式生物電極系統(tǒng)放入預(yù)定容器中，通過(guò)布水器持續(xù)向鈦基層中注入基質(zhì)，基質(zhì)通過(guò)鈦基層上的孔洞蔓延至石墨層，最后利用石墨層的滲透性被附著在石墨層上的電極生物利用，基質(zhì)被電極生物催化發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的電子依次通過(guò)石墨層與導(dǎo)電膠層傳遞至鈦基層上，并最終通過(guò)鈦基層上的鈦絲流入外電路，當(dāng)基質(zhì)在電極生物作用下發(fā)生還原反應(yīng)時(shí)，外電路的電子通過(guò)鈦絲進(jìn)入鈦基層，并依次通過(guò)導(dǎo)電膠層與石墨層被電極生物利用。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過(guò)逆轉(zhuǎn)基質(zhì)流動(dòng)方向，使靠近電極的生物膜內(nèi)層微生物最先接觸基質(zhì)，強(qiáng)化了微生物與基質(zhì)之間的接觸，減少了微生物死區(qū)。

(2)在基質(zhì)充足的情況下，內(nèi)層微生物可以加強(qiáng)對(duì)污染物的去除并產(chǎn)電。

附圖說(shuō)明

圖1為逆向滲流式生物電極系統(tǒng)整體示意圖；

圖2為逆向滲流式生物電極系統(tǒng)的模塊拆分示意圖(從左至右依次為鈦基層、導(dǎo)電膠層和石墨層)；

圖3為逆向滲流式生物電極系統(tǒng)的剖面示意圖；

圖4為粘附有微生物后的逆向滲流式生物電極系統(tǒng)的剖面示意圖；

圖中：布水器1，鈦絲2，電極生物3，鈦基層4，導(dǎo)電膠層5，石墨層6，孔洞7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。本發(fā)明中的技術(shù)特征，除有沖突之外，均可進(jìn)行相互組合，不構(gòu)成限制。

如圖1和2所示，逆向滲流式生物電極系統(tǒng)，系統(tǒng)由布水器1和電極模塊組成。其中電極模塊包括鈦基層4、導(dǎo)電膠層5與石墨層6三個(gè)部分；鈦基層4的兩側(cè)均通過(guò)導(dǎo)電膠層5粘結(jié)有石墨層6，形成鏡像對(duì)稱的層狀結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電膠層5為導(dǎo)電性材料制成的長(zhǎng)方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，用于粘結(jié)鈦基層4與石墨層6的四周。鈦基層4呈中空結(jié)構(gòu)，且鈦基層4正反面均在殼體上對(duì)稱開有呈3×3陣列排布的9個(gè)孔洞7，并通過(guò)鈦絲2與外電路相連。布水器1通過(guò)布水管和水泵向電極模塊中提供基質(zhì)，具體如圖3所示，布水器1的布水管的出水口通入鈦基層4的內(nèi)腔中。導(dǎo)電性材料可采用無(wú)機(jī)導(dǎo)電膠，優(yōu)選為耐高溫的單組份無(wú)機(jī)硅導(dǎo)電膠。

在該結(jié)構(gòu)下，當(dāng)布水器1向鈦基層4的空腔中通入基質(zhì)后，會(huì)首先被靠近石墨層6的內(nèi)層生物所利用，進(jìn)而再被外層生物所利用。因此，與傳統(tǒng)的生物電極相比，通過(guò)逆轉(zhuǎn)基質(zhì)流向，解決了常規(guī)生物電極中內(nèi)層微生物營(yíng)養(yǎng)條件缺乏反而需要承擔(dān)高強(qiáng)度的電子傳遞功能的矛盾，進(jìn)而解決了微生物死區(qū)大，污染物降解效率與產(chǎn)電效率低的問(wèn)題。

一種利用上述系統(tǒng)的污染物去除方法，具體步驟如下：

首先，組裝好電極模塊，將其與待掛膜的活性污泥放入磁力攪拌器中，通過(guò)磁力攪拌器的作用使活性污泥解體并附著在電極模塊上；

然后，直接在磁力攪拌器中加入基質(zhì)，通過(guò)序批方式更換基質(zhì)，使石墨層6上的電極生物富集，在兩側(cè)的石墨層上分別形成電極生物層3(如圖4所示)；

最后，將逆向滲流式生物電極系統(tǒng)放入預(yù)定容器中，通過(guò)布水器1持續(xù)向鈦基層4中注入基質(zhì)，基質(zhì)通過(guò)鈦基層4上的孔洞7蔓延至石墨層6，最后利用石墨層6的滲透性被附著在石墨層6上的電極生物層3利用，基質(zhì)被電極生物層3催化發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的電子依次通過(guò)石墨層6與導(dǎo)電膠層5傳遞至鈦基層4上，并最終通過(guò)鈦基層4上的鈦絲2流入外電路，當(dāng)基質(zhì)在電極生物層3作用下發(fā)生還原反應(yīng)時(shí)，外電路的電子通過(guò)鈦絲2進(jìn)入鈦基層4，并依次通過(guò)導(dǎo)電膠層5與石墨層6被電極生物層3利用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡遵循本發(fā)明原則所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。