一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统，其特征在于，所述系统包括第一级生物电化学系统(1)、第二级生物电化学系统(2)、阳极一(3)、隔膜一(4)、阴极一(5)、内置水流导筒(6)、阳极二(7)、隔膜二(8)、阴极二(9)，直流电源一(10)，直流电源二(11)，自动控制器(12)，参比电极(13)，循环泵(14)、负载(15)、阳极室密封盖(16)、高压开关(17)、超滤膜柱(18)、压力储水桶(19)、进水电磁阀(20)、流量调控开关(21)、水流开关(22)、进水口一(23)、净化水出口一(24)、进水口二(25)、净化水出口二(26)、反冲洗排水口(27)、反冲洗阀(28)、阳极室冲洗口(29)、阳极室冲洗阀(30)。本实用新型专利技术主要应用于家庭饮用水的净化，特别是针对硝酸盐、消毒副产物浓度高的饮用水净化。

A Bioelectrochemical Coupling System for Purifying Drinking Water

【技术实现步骤摘要】
一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统
本技术涉及水净化领域，特别涉及饮用水净化领域，具体涉及一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统。技术背景我国经过30多年的经济高速发展，资源与能源的过度消耗导致大量的污染物进入自然环境中。其中可溶性的有机、无机污染物、重金属离子大量进入地表水体、地下水系统。水体中由于缺乏足够的电子供体，氨氮经生物硝化后，大多以硝酸盐形式存在于水体中，特别是地下水中硝酸盐显著积累。此外，许多难降解、难于转化的芳香类或含取代基的芳香类污染物(POPs)、重金属离子等在地表水、地下水中长期滞留，这些污染物一旦经饮用水源进入饮用水系统，将对人体健康造成严重的威胁。饮用水厂主要采用混凝、沉淀或澄清、过滤和加氯消毒对饮用水进行处理。这种常规的处理工艺至今仍被世界大多数国家所采用。受污染饮用水源水经常规处理净化，只能去除水中20-30％的有机污染物。由于有机污染物去除效率有限，氯气消毒产生大量的对人体有害的消毒副产物，如卤乙酸(HAAs)、卤甲烷(THMs)、亚硝胺、致诱变化合物(MX)等产物大幅增加。残留的余氯不仅造成人体感官严重不适，还造成输水管道内大量铅、锌、镉等重金属离子的溶出。这些污染物都具有浓度低、环境持久、生物累积、慢性毒性效应和高生物毒性的特点。在家庭用水终端，各类净水器用于饮用水的净化，主要包括超滤、活性炭吸附、反渗透等主要工艺，其中还结合亚硫酸钙、KDF合金脱氯工艺强化净水效率。消毒副产物大多是一些小分子的污染物，常规的过滤膜对其净化效率非常有限(“纳滤/反渗透分离中有机物的特征参数对截留率的影响研究，膜科学与技术，2006，26，36-40”，“反渗透、纳滤膜技术脱除小分子有机物的研究进展，膜科学与技术，2009，29，1-10”)。超滤膜、活性炭以及反渗透膜自身不能降解污染物，随着使用时间的延长，污染物的积累、孔隙堵塞造成净水效率大幅下降，过滤膜的频繁更换大幅增加了家庭净水的成本。此外，饮用水中的余氯会快速降解以聚酰胺为基材的反渗透膜，给反渗透出水带来安全隐患。饮用水中的大量有机污染物可通过微生物降解、转化得以去除(“臭氧生物活性炭技术的工艺设计与运行管理，给水排水，2007，33，13-19”，”臭氧-生物活性炭技术在饮用水深度处理中的应用进展，河南化工，2014，31，25-30”，“氯代有机污染物在厌氧条件下还原脱氯的研究进展，环境污染治理技术与设备，2003，4，43-48”，“Removalofhaloaceticacidsbyozoneandbiologicallyactivecarbon，ScienceAsia，2008，34293-298”，“ReductiveDehalogenationofTrichloroaceticAcidbyTrichlorobacterthiogenesgen.nov.,sp.nov.，AEM,2000,66,2297-2301”，”BiodegradationofHaloaceticAcidsbyBacterialIsolatesandEnrichmentCulturesfromDrinkingWaterSystems，Environ.Sci.Technol.2009,43,3169–3175”)。其中，生物膜工艺、臭氧-生物活性炭是饮用水源水净化的主要工艺，目前，仅有少数饮用水厂(约占2％)采用了臭氧-生物活性炭、或生物膜的处理工艺对饮用水源水进行深度净化。而对于来源于地下水含有过量硝酸盐(>10mg/L)的饮用水来说，由于饮用水自身缺乏足够的有机碳作为电子供体，因此，研究开发硝酸盐的自养反硝化技术一直以来都是该领域的热点。许多文献研究表明，采用零价铁纳米粒子能够快速还原硝酸盐(Kineticsofnitratereductivedenitrificationbynanoscalezero-valentiron，ProcessSafetyandEnvironmentalProtection，2010,88,439-445,EvaluationontheNanoscaleZeroValentIronBasedMicrobialDenitrificationforNitrateRemovalfromGroundwater，ScientificReports，5:12331，DOI:10.1038/srep12331)，不足的是，零价铁纳米粒子合成、投加操作繁琐、复杂，铁及其杂质离子的溶出增加了二次污染。此外，零价铁纳米粒子氧化产生过量的氢气等电子供体，造成硝酸盐过度还原积累氨氮。一些电化学系统也用于饮用水硝酸盐的还原，其中电子供体来源于阳极水的电解，更负的阴极电势下，致使阴极产氢并催化硝酸盐的还原或反硝化，在电化学反硝化过程中同样存在氨的积累。
技术实现思路
本技术针对家庭等供水终端饮用水含有的微量有机污染物、消毒副产物、硝酸盐以及余氯等污染物的现状，常规的物理、化学工艺成本高、能耗高，滤芯频繁更换的问题。硝酸盐、消毒副产物的还原需要足够多的电子供体，正在开发的零价铁纳米粒子、电化学硝酸盐还原工艺操作复杂、电流效率低下，过量氢气导致严重的氨氮积累等弊端。本技术提供一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统及净化方法，该专利技术主要应用于家庭饮用水的净化，特别是针对硝酸盐、消毒副产物浓度高的饮用水净化。也可应用于学校、宾馆、办公场所等供水终端的饮用水硝酸盐净化领域。该系统能有效地除去饮用水中含有的硝酸盐、微量有机污染物、消毒副产物、余氯等污染物、避免各类副产物的积累。为达到上述目的，本技术提供如下技术方案：一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统，其特征在于，所述系统包括第一级生物电化学系统(1)、第二级生物电化学系统(2)、阳极一(3)、隔膜一(4)、阴极一(5)、内置水流导筒(6)、阳极二(7)、隔膜二(8)、阴极二(9)，直流电源一(10)，直流电源二(11)，自动控制器(12)，参比电极(13)，循环泵(14)、负载(15)、阳极室密封盖(16)、高压开关(17)、超滤膜柱(18)、压力储水桶(19)、进水电磁阀(20)、流量调控开关(21)、水流开关(22)、进水口一(23)、净化水出口一(24)、进水口二(25)、净化水出口二(26)、反冲洗排水口(27)、反冲洗阀(28)、阳极室冲洗口(29)、阳极室冲洗阀(30)；所述第一级生物电化学系统内置阳极一、阴极一和隔膜一，从内到外分别是阳极一、隔膜一和阴极一，其中隔膜一将阳极一和阴极一分开；系统上部设置进水口一与净化水出口一，进水口一端设置有反冲洗排水口以及反冲洗阀，进水口一与进水电磁阀和水流开关连接，净化水出水口一与第二级生物电化学系统的进水口二连接；直流电源一通过自动控制器与阴极一和阳极一连接；所述第二级生物电化学系统的阳极二位于阳极室中，阴极二位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜二，隔膜二采用质子交换膜，阳极二和阴极二之间通过自动控制器构建2条回路，其中第一条回路是利用负载形成的电池回路，第二条回路则是利用直流电源二形成的反向电压回路；第一级生物电化学系统与第二级生物电化学系统互相串联，其中第一级生物电化学系统饮用水净化后的净化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统，其特征在于，所述系统包括第一级生物电化学系统(1)、第二级生物电化学系统(2)、阳极一(3)、隔膜一(4)、阴极一(5)、内置水流导筒(6)、阳极二(7)、隔膜二(8)、阴极二(9)，直流电源一(10)，直流电源二(11)，自动控制器(12)，参比电极(13)，循环泵(14)、负载(15)、阳极室密封盖(16)、高压开关(17)、超滤膜柱(18)、压力储水桶(19)、进水电磁阀(20)、流量调控开关(21)、水流开关(22)、进水口一(23)、净化水出口一(24)、进水口二(25)、净化水出口二(26)、反冲洗排水口(27)、反冲洗阀(28)、阳极室冲洗口(29)、阳极室冲洗阀(30)；所述第一级生物电化学系统内置阳极一、阴极一和隔膜一，从内到外分别是阳极一、隔膜一和阴极一，其中隔膜一将阳极一和阴极一分开；系统上部设置进水口一与净化水出口一，进水口一端设置有反冲洗排水口以及反冲洗阀，进水口一与进水电磁阀和水流开关连接，净化水出水口一与第二级生物电化学系统的进水口二连接；直流电源一通过自动控制器与阴极一和阳极一连接；所述第二级生物电化学系统的阳极二位于阳极室中，阴极二位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜二，隔膜二采用质子交换膜，阳极二和阴极二之间通过自动控制器构建2条回路，其中第一条回路是利用负载形成的电池回路，第二条回路则是利用直流电源二形成的反向电压回路；第一级生物电化学系统与第二级生物电化学系统互相串联，其中第一级生物电化学系统饮用水净化后的净化出水进入第二级生物电化学系统，经第二级生物电化学系统净化后，通过超滤膜柱直接使用或储存于压力储水桶内备用，两级系统通过循环泵以及回流管路将第二级生物电化学系统的净化出水回流至第一级生物电化学系统，经净化后再进入第二级生物电化学系统。...

【技术特征摘要】
1.一种用于净化饮用水的生物电化学偶联系统，其特征在于，所述系统包括第一级生物电化学系统(1)、第二级生物电化学系统(2)、阳极一(3)、隔膜一(4)、阴极一(5)、内置水流导筒(6)、阳极二(7)、隔膜二(8)、阴极二(9)，直流电源一(10)，直流电源二(11)，自动控制器(12)，参比电极(13)，循环泵(14)、负载(15)、阳极室密封盖(16)、高压开关(17)、超滤膜柱(18)、压力储水桶(19)、进水电磁阀(20)、流量调控开关(21)、水流开关(22)、进水口一(23)、净化水出口一(24)、进水口二(25)、净化水出口二(26)、反冲洗排水口(27)、反冲洗阀(28)、阳极室冲洗口(29)、阳极室冲洗阀(30)；所述第一级生物电化学系统内置阳极一、阴极一和隔膜一，从内到外分别是阳极一、隔膜一和阴极一，其中隔膜一将阳极一和阴极一分开；系统上部设置进水口一与净化水出口一，进水口一端设置有反冲洗排水口以及反冲洗阀，进水口一与进水电磁阀和水流开关连接，净化水出水口一与第二级生物电化学系统的进水口二连接；直流电源一通过自动控制器与阴极一和阳极一连接；所述第二级生物电化学系统的阳极二位于阳极室中，阴极二位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜二，隔膜二采用质子交换膜，阳极二和阴极二之间通过自动控制器构建2条回路，其中第一条回路是利用负载形成的电池回路，第二条回路则是利用直流电源二形成的反向电压回路；第一级生物电化学系统与第二级生物电化学系统互相串联，其中第一级生物电化学系统饮用水净化后的净化出水进入第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬顺艺，
申请(专利权)人：傲自然成都生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51