CN109516645B - 一种水处理装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水处理装置及其应用，属于废水处理技术领域。本发明的水处理装置可利用微藻光合作用为电‑Fenton过程的阴极反应提供O2，实现H2O2的在线合成，大大节省了外部曝气的能量消耗，同时，此水处理装置可以实现微藻油脂生产和污染物的高效降解；利用此装置进行污水处理13d，可使微藻生长室中微藻的油脂产率高达986mg/L·d；利用此装置进行污水处理，可使微藻生长室中污水的出水COD、NH4 +‑N、TN和TP分别较进水降低57.8％、74.4％、64.9％以及84.4％，电‑Fenton反应室中污水的出水COD、色度分别较进水降低92.6％以及98.3％。

Description

一种水处理装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种水处理装置及其应用，属于废水处理技术领域。
背景技术
近年来，随着国内工农业的快速发展，印染废水、焦化废水、含酚类废水、农药废水以及垃圾渗滤液等难处理废水的排水量不断增大，难处理废水中含有的新型难降解污染物的种类也日益增多，同时，浓度不断升高。这些难降解污染物一般生物降解难度大，会随着污水厂出水进入到水环境中，使得水环境污染问题日益突出。
电-Fenton法是由传统Fenton化学处理法发展而来的一种污水处理方法，在电-Fenton的过程中，O2在阴极表面通过2电子还原途径生成H2O2，并与溶液中Fe2+反应生成·OH，此反应产生的Fe3+在阴极接收电子被还原为Fe2+，实现催化剂的再生，·OH则与有机污染物反应生成CO2和H2O，完成污染物的降解。
根据H2O2和Fe2+的产生方式，可将电-Fenton分为以下4种：
(1)亚铁阴极循环法，此方法的初始H2O2和Fe2+需要外加，反应过程中H2O2不断消耗，而Fe3+可以在阴极表面还原为Fe2+，与外加H2O2反应产生·OH，实现有机污染物的降解，同时，实现催化剂再生，减少铁盐投加量和含铁污泥产生量；
(2)铁氧化法，此方法使用铁或铁网做阳极，需要外加H2O2，Fe在阳极发生氧化反应生成Fe2+，与外加H2O2反应产生·OH，实现有机污染物的降解；
(3)H2O2法，此方法的H2O2在阴极通过2电子ORR反应原位产生，与外加Fe2+反应产生·OH，实现有机污染物的降解；
(4)铁氧化-H2O2法，此方法利用铁或铁网做阳极，析氢电位较高的材料做阴极，Fe2 +和H2O2均在电极表面原位产生；
其中，铁氧化-H2O2法能够原位产生Fe2+和H2O2，避免了铁盐和H2O2的大量投加，是一种最具实用价值的电-Fenton技术。
然而，由于铁氧化-H2O2体系需要曝气提供阴极ORR反应所需溶解氧(DO)(式(1))，
O2+2H2O+2e-→H2O2+2OH- (1)，
且随着曝气强度的增大，体系DO浓度增高，相应H2O2产量增加，废水处理效果也会随之增强，而曝气尤其是高强度曝气无疑会大大增加系统额外的能量消耗，进而增加废水处理的成本(曝气的成本一般为14.17元/m3·d)，使得废水处理的成本过高，因此，铁氧化-H2O2法在废水处理领域的发展存在严重的阻碍。
发明内容
[技术问题]
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本且具有高附加值副产物的废水方法。
[技术方案]
微藻是分布广泛且光合利用度高的自养生物，可通过光合作用产生氧气，使体系的DO达到饱和浓度。因此，为解决上述问题，本发明提供了一种包含内部接种有微藻的微藻生长室、内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室、用于给微藻提供光能的光源，以及用于给电-Fenton反应室提供电压的电源的水处理装置；此水处理装置可利用微藻光合作用为电-Fenton过程的阴极反应提供O2，实现H2O2的在线合成，大大节省了外部曝气的能量消耗，同时，此水处理装置可以实现微藻油脂生产和污染物的高效降解；利用此装置进行污水处理13d，可使微藻生长室中微藻的油脂产率高达986g/m3·d；利用此装置进行污水处理，可使微藻生长室中污水的出水COD、NH4 +-N、TN和TP分别较进水降低57.8％、74.4％、64.9％以及84.4％，电-Fenton反应室中污水的出水COD、色度分别较进水降低92.6％以及98.3％。
在本发明的一种实施方式中，所述微藻生长室和电-Fenton反应室通过气体扩散层相隔开；所述阳极和阴极通过电源相连；所述微藻生长室上设置有第一进水口、第一出水口以及藻液排出口；所述电-Fenton反应室上设置有第二进水口以及第二出水口。
在本发明的一种实施方式中，所述微藻生长室为柱状体，含有第一顶面、第一底面以及第一侧面；所述第一进水口、藻液排出口位于微藻生长室第一侧面的下方或微藻生长室的第一底面；所述第一出水口位于微藻生长室第一侧面的上方或微藻生长室的第一顶面。
在本发明的一种实施方式中，所述电-Fenton反应室为柱状体，含有第二顶面、第二底面以及第二侧面；所述第二进水口位于电-Fenton反应室第二侧面的下方或电-Fenton反应室的第二底面；所述第二出水口位于电-Fenton反应室第二侧面的上方或电-Fenton反应室的第二顶面。
在本发明的一种实施方式中，所述微藻包含普通小球藻(Chlorella vulgaris)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、微拟球藻(Nannochloropsis sp.)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)或盐藻(Dunaliella salina)中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述光源包含荧光灯和/或LED灯。
在本发明的一种实施方式中，所述电源为恒压电源且所述电源施加的电压范围为0.5V～10V。
在本发明的一种实施方式中，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述碳黑-PTFE气体扩散层是通过将碳黑和PTFE乳液混合成膏状物后辊压至网状支撑物的单面或正反两面制得的；所述网状支撑物包含不锈钢网、钛网或镍网中的一种或多种。
本发明还提供了一种水处理方法，所述方法为使用上述水处理装置。
在本发明的一种实施方式中，所述方法为将微藻培养基或需处理废水A通过第一进水口通入微藻生长室中，并在微藻培养基或需处理废水A中接种微藻，开启光源进行光照，使微藻产氧，得到氧气和藻液；将需处理废水B通过第二进水口通入内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室中，接通电源提供电压，进行废水处理，得到经处理的废水；待微藻生长室中的微藻生长进入稳定期后，可将藻液由藻液排出口排出进行油脂的提取，同时将另一批微藻培养基或需处理废水A通过第一进水口通入微藻生长室；待一批需处理废水B处理完毕后，可由第二出水口排出，同时将另一批需处理废水B通过第二进水口通入电-Fenton反应室；所述需处理废水A为含氮和/或磷的废水；所述需处理废水B为含难降解有机物的废水。所述难降解有机物是指微生物在任何条件下不能以足够快的速度降解的有机物。
在本发明的一种实施方式中，所述微藻在微藻培养基或需处理废水A中的接种量为1×105～1×106cell/mL。
在本发明的一种实施方式中，所述光照的光暗比为(0h～24h):(24h～0h)。
在本发明的一种实施方式中，所述光照的光暗比为12h:12h。
在本发明的一种实施方式中，所述需处理废水A包含养殖废水、餐厨废水、食品加工废水或乳制品废水中的一种或多种。
在本发明的一种实施方式中，所述需处理废水B包含印染废水、焦化废水、含酚类废水、农药废水、抗生素废水或垃圾渗滤液中的一种或多种。
本发明还提供了上述水处理装置或上述方法在污水处理方面的应用。
[有益效果]
(1)本发明的水处理装置可利用微藻光合作用为电-Fenton过程的阴极反应提供O2，实现H2O2的在线合成，大大节省了外部曝气的能量消耗，使得供氧的成本降低至2.56元/m3·d，仅为外部曝气成本的23.70％；
(2)本发明的水处理装置可以实现微藻油脂生产，利用本发明的水处理装置进行污水处理13d，可使微藻生长室中微藻的油脂产率高达986mg/m3·d；
(3)本发明的水处理装置可以实现污水处理，利用本发明的水处理装置进行污水处理，可使微藻生长室中污水的出水COD、NH4 +-N、TN和TP分别较进水降低57.8％、74.4％、64.9％以及84.4％，电-Fenton反应室中污水的出水COD、色度分别较进水降低92.6％以及98.3％。
附图说明
图1：本发明水处理装置的整体示意图；
其中，1微藻生长室、2阴极、3阳极、4电-Fenton反应室、5光源、6电源、7气体扩散层、8第一进水口、9第一出水口、10藻液排出口、11第二进水口、12第二出水口、13第一顶面、14第一底面、15第一侧面、16第二顶面、17第二底面以及18第二侧面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的阐述：
如图1，本发明的水处理装置包含内部接种有微藻的微藻生长室1、内部设置有阴极2和阳极3的电-Fenton反应室4、用于给微藻提供光能的光源5，以及用于给电-Fenton反应室4提供电压的电源6；所述微藻生长室1和电-Fenton反应室4通过气体扩散层7相隔开；所述阳极2和阴极3通过电源6相连；所述微藻生长室1上设置有第一进水口8、第一出水口9以及藻液排出口10；所述电-Fenton反应室4上设置有第二进水口11以及第二出水口12。
作为进一步的优选，所述微藻生长室1为柱状体，含有第一顶面13、第一底面14以及第一侧面15；所述第一进水口8、藻液排出口10位于微藻生长室1第一侧面15的下方或微藻生长室1的第一底面14；所述第一出水口9位于微藻生长室1第一侧面15的上方或微藻生长室1的第一顶面13。
作为进一步的优选，所述电-Fenton反应室4为柱状体，含有第二顶面16、第二底面17以及第二侧面18；所述第二进水口11位于电-Fenton反应室4第二侧面18的下方或电-Fenton反应室的第二底面17；所述第二出水口12位于电-Fenton反应室4第二侧面18的上方或电-Fenton反应室的第二顶面16。
作为进一步的优选，所述微藻包含普通小球藻(Chlorella vulgaris)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、微拟球藻(Nannochloropsis sp.)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)或盐藻(Dunaliella salina)中的一种或多种。
作为进一步的优选，所述阴极2为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
作为进一步的优选，所述阳极3为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
作为进一步的优选，所述光源5包含荧光灯和/或LED灯。
作为进一步的优选，所述电源6为恒压电源且所述电源施加的电压范围为0.5V～10V。
作为进一步的优选，所述气体扩散层7包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。
作为进一步的优选，在本发明的一种实施方式中，所述碳黑-PTFE气体扩散层是通过将碳黑和PTFE乳液混合成膏状物后辊压至网状支撑物的单面或正反两面制得的；所述网状支撑物包含不锈钢网、钛网或镍网中的一种或多种。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的阐述：
下述实施例中涉及的微藻购自中国科学院武汉水生所淡水藻种库；下述实施例中涉及的废水分别为来源于宜兴兴旺养猪场的养殖废水，来源于浙江舟山北蝉养殖基地的水产养殖废水，来源于乐祺纺织实业(宜兴)有限公司的印染废水，来源于中诺药业(石家庄)有限公司阿莫西林干混悬剂生产车间的抗生素废水以及来源于无锡市桃花山垃圾填埋场的垃圾渗滤液。
下述实施例中涉及的碳黑-PTFE气体扩散层是通过将碳黑溶解到乙醇中，超声下滴加PTFE乳液(60％)，随后在80℃下水浴搅拌混合物，最终形成膏状物，置于辊压机上，分别辊压到不锈钢网的单面或正反两面上，并于340℃下烧结20min制得的；所述碳黑购自上海和森电器有限公司；所述PTFE乳液(60％)购自广州市兴胜杰科技有限公司；所述不锈钢网购自森冠丝网制品有限公司。
下述实施例中涉及的尼龙滤膜购自天津津腾实验设备有限公司，经过疏水处理的不锈钢网购自森冠丝网制品有限公司。
下述实施例中涉及的检测方法如下：
油脂产率的检测方法：
取适量藻液，通过自然沉降或离心分离得到藻体沉淀，将藻体沉淀经过冷冻干燥后得到藻粉；取50mg藻粉加入2.5mL氯仿和5.0mL甲醇，于37℃下震荡提取24h后取上层有机相；藻渣按照上述方法再次震荡提取2次；将三次提取的有机相合并后，加入9mL超纯水，于4000r/min下离心1min，取上层有机相置于圆底烧瓶中，30℃下旋转蒸发除去氯仿，称重得到总油脂量；其中，油脂产率的计算公式如下：
Figure BDA0001915259280000051
DO浓度的检测方法：
DO浓度采用梅特勒FiveGoTMDO测试仪进行测定。
COD浓度的检测方法：
具体步骤如下：
(1)配置氧化液、试亚铁灵指示剂和0.1mol/L硫酸亚铁铵溶液；
其中，氧化液的制备方法为称取在105℃干燥2小时的纯K2Cr2O7 4.9g、AgSO4(硫酸银)20g溶于166mL蒸馏水中，加入834mL浓硫酸；
试亚铁灵指示剂：将1.485g试亚铁灵溶于少许蒸馏水中，加入0.695g FeSO4·7H2O稀释至100mL，盛于棕色瓶中；
硫酸亚铁铵溶液：将40.0g Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O(硫酸亚铁铵)置于1000mL试剂瓶中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸冷却后移入1000mL容量瓶中加入水稀释至标线，临用前用重铬酸钾标准液标定。
(2)硫酸亚铁铵溶液标定
吸取0.1000mol/L标准溶液20mL置于锥形瓶中，加入1:1硫酸溶液20mL(硫酸加入水中)，混匀；冷却后，加3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵溶液滴定到由亮绿色变红褐色，即为终点，计算硫酸亚铁铵溶液的浓度；
其中，硫酸亚铁铵溶液浓度的计算公式如下：
Figure BDA0001915259280000061
式中，V：滴定时消耗的硫酸亚铁铵溶液的体积(mL)。
(3)COD浓度测定
用移液管准确吸取10mL氧化液于250mL三角锥形瓶中，吸取废水样5mL加入其中，上盖以50mL小烧杯(一是防止漂浮物进入，二是防止加热时蒸发)，放入已升温至160℃的烘箱中，计时30min，取出、冷却、瓶中加入30mL蒸馏水，待冷却后，加入3滴亚铁灵指示剂，用标准硫酸亚铁铵溶液滴至亮绿色变红褐色为终点，空白用二次蒸馏水或同等纯度的水代替水样，同样烘30min后用硫酸亚铁铵滴定之；
其中，COD浓度的计算公式如下：
Figure BDA0001915259280000062
式中，V0：空白滴定时消耗硫酸亚铁铵毫升数；
V1：水样滴定时消耗硫酸亚铁铵毫升数；
C：硫酸亚铁铵溶液摩尔浓度mol/L；
8：(1/4)O2的摩尔质量以mg/L为单位的换算值；
V：废水的毫升数。
NH4 +-N浓度的检测方法：
NH4 +-N浓度采用Berthelot法测定，具体步骤如下：
(1)配置显色剂
显色剂
Figure BDA0001915259280000071
苯酚10g加亚硝基铁氰化钠0.02g定容至1L，置深棕色瓶于冰箱内保存，有效期1个月；
显色剂
Figure BDA0001915259280000072
氢氧化钠6g加次氯酸钠溶液(活性氯大于5.2％)6mL定容至1L，有效期1个月。
(2)NH4 +标准曲线的测定
将5.35g氯化铵溶于超纯水中并定容至1L，配成0.1mol/L的NH4 +溶液，并以此溶液为母液，配制成0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mmol/L的NH4 +标准溶液(以0，7，14，21，28、35作标线)。
(3)NH4 +-N浓度的测定
取0.2mL待测样于试管中，先加入2.5mL显色剂
Figure BDA0001915259280000073
充分混匀，再加入2.5mL显色剂
Figure BDA0001915259280000074
充分混匀，37℃下保温20min后，550nm下测定OD值。
TN浓度的测试方法：
TN的测定采用过硫酸钾氧化法，具体步骤如下：
(1)试剂的配置
NaOH(20％)溶液的配置：称取20g NaOH溶解于100mL超纯水中；
碱性过硫酸钾溶液的配置：称取40g过硫酸钾，15g NaOH，溶解于1000mL超纯水中；
硝酸钾标准溶液：称取0.7218g硝酸钾溶于1000mL超纯水中。
(2)标准曲线的绘制
分别吸取0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、8.0mL硝酸钾标准溶液于25mL比色管中，加入超纯水稀释到10mL；加入5mL碱性过硫酸钾溶液，塞紧磨口塞，用纱布及纱绳裹紧管塞，置于灭菌锅中加热0.5h；取出比色管自然冷却至室温；加入1mL HCl(5mol·L-1)，以超纯水稀释到25mL；以超纯水作参比，分别在波长为220nm及275nm测定吸光度，记下读数，并计算出校正吸光度A；
其中，A＝A220－2A275。
(3)水样TN浓度测定
取10mL水样，分别测试其在220nm及275nm处吸光度，按照校正吸光度和标准曲线计算出TN浓度。
TP浓度的测试方法：
TP浓度的测定采用钼酸铵分光光度法，具体步骤如下：
(1)试剂的配置
硫酸(1mol·L-1)：将27mL浓硫酸加入到973mL水中，搅拌均匀后置于试剂瓶中；
NaOH溶液(1mol·L-1)：称取40gNaOH溶于1L水中；
NaOH溶液(6mol·L-1)：称取240gNaOH溶于1L水中；
过硫酸钾溶液(50g·L-1)：称取5g过硫酸钾溶解于100mL的水中；
抗坏血酸溶液(100g·L-1)：称取10g抗坏血酸溶解于100mL水中；
钼酸铵溶液：称取13g钼酸铵溶解于100mL水中；将0.35g酒石酸锑钾溶解于100mL水中；在不断搅拌下将上述钼酸铵溶液和酒石酸锑钾溶液加入300mL硫酸(1mol·L-1)中，混合均匀，贮存于棕色试剂瓶中；
浊度-色度补偿液：将硫酸(1mol·L-1)和抗坏血酸溶液(100g·L-1)按照体积比为2:1混合；
磷标准贮备溶液：称取0.2197±0.001g于110℃干燥2h在干燥器中放冷的磷酸二氢钾，用水溶解后转移至1000mL容量瓶中，加5mL硫酸(1mol·L-1)，用水稀释至标线并混匀；最终，1.00mL此标准溶液含50.0μg磷；
磷标准使用溶液：将10.0mL的上述磷标准贮备溶液转移至250mL容量瓶中，用水稀释至标线并混匀；最终，1.00mL此标准溶液含2.0μg磷；
酚酞溶液(10g·L-1)：称取0.5g酚酞溶于50mL95％乙醇中。
(2)TP浓度测定
取500mL水样，加入1mL硫酸(1mol·L-1)将pH值调到1以下，移取25mL到具塞刻度管中，摇匀后，加入加4mL过硫酸钾溶液，将具塞刻度管的盖塞紧后，用一小块布和线将玻璃塞扎紧，放在大烧杯中置于高压蒸气消毒器中加热，待压力达1.1kg/cm2，相应温度为120℃时，保持30min后停止加热；待压力表读数降至零后，取出放冷；然后用水稀释至标线；
取7支50mL具塞试管分别加入0.00、0.50、1.00、2.50、5.00、10.00、15.00mL磷酸盐标准溶液，加水稀释到50mL；加入2mL钼酸盐溶液，摇匀，加入1mL抗坏血酸溶液，加水稀释到50mL，15min后测试样品在700nm处的吸光度，获得标准工作曲线；分别向各消解液中加入2mL钼酸盐溶液，摇匀，加入1mL抗坏血酸溶液，加水稀释到50mL，15min后测试样品在700nm处的吸光度，根据工作曲线计算得到样品TP浓度。
色度的检测方法：
具体步骤如下：
取一只10mL玻璃比色管，分别加入6滴(0.3mL)或8滴(0.4mL)500度的铂钴色度标准溶液，加入超纯水到10ml刻度处，相当于15或20度的铂钴色度标准对照溶液；另取一支10ml玻璃比色管，加水样到10ml刻度处，与色度标准对照溶液比对。
实施例1
具体步骤如下：
根据图1，以疏水的碳黑-PTFE为气体扩散层，以50cm×50cm的铁板为阳极，以50cm×50cm的石墨板作为阴极，微藻生长室工作体积为150L(30cm×60cm×60cm)，电-Fenton反应室体积为150L(50cm×50cm×60cm)，电极间距为20cm；将气体扩散层固定于电-Fenton反应室和微藻培养室之间，得到水处理装置；
将养猪场废水(COD 2265mg/L、NH4 +-N 829mg/L、TN 1210mg/L、TP 96mg/L)由微藻生长室的第一进水口连续泵入，并在微藻生长室接种普通小球藻(Chlorella vulgaris)，接种初始浓度为5×106cell/mL，打开光源(由4个8W LED灯管组成)进行光照(光暗比为12h:12h)，小球藻在13天后达到生长稳定期，停止进水，由微藻生长室的藻液排出口排出80％体积的藻液，重新进行进水，继续培养；
将印染废水(COD 700mg/L、初始pH值为3)由电-Fenton反应室的第二进水口连续泵入，打开电源(外加电流40mV/cm2)，使印染废水经电-Fenton反应过后由第二出水口排出，3天后，电-Fenton反应室中DO浓度稳定在为8.2mg/L左右。
将微藻生长室中取出的藻液、出水进行检测，发现油脂产率达到986mg/L·d，出水COD、NH4 +-N、TN和TP分别降低到958mg/L、212mg/L、437mg/L和15mg/L；将电-Fenton反应室取出的出水进行检测，发现印染废水出水COD去除率达到75.2％，色度去除率为95.6％。
在此实施例中，使用本发明水处理装置使电-Fenton反应室(150L)中DO浓度稳定在为8.2mg/L左右所需的成本包含微藻生长光源的电费2.56元/m3·d；而采用曝气使电-Fenton反应室(150L)中DO浓度稳定在为8.2mg/L左右需要的曝气泵功率为135W，按照每天曝气12h计算，成本约为10.80元/m3·d，因此，使用本发明水处理装置供氧所需的成本仅为外部曝气成本的23.70％。
实施例2
具体步骤如下：
根据图1，以0.45μm的疏水尼龙滤膜为气体扩散层，以50cm×50cm的铁板为阳极，以50cm×50cm的石墨毡作为阴极，微藻生长室体积为216L(60cm×60cm×60cm)，电-Fenton反应室体积为72L(60cm×20cm×60cm)，电极间距为10cm；将气体扩散层固定于电-Fenton反应室和微藻培养室之间，得到水处理装置；
将水产养殖废水(COD 87mg/L、NH4 +-N 7.6mg/L、TN 26mg/L、TP 3.9mg/L)由微藻生长室的第一进水口连续泵入，并在微藻生长室接种盐藻(Dunaliella salina)，接种初始浓度为5×105cell/mL，打开光源(由1个38W荧光灯管组成)进行光照(光暗比为12h:12h)，小球藻在5天后达到生长稳定期，停止进水，由微藻生长室的藻液排出口排出80％体积的藻液，重新进行进水，继续培养；
将抗生素废水(COD 500mg/L、初始pH值为3.5)由电-Fenton反应室的第二进水口连续泵入，打开电源(外加电流25mV/cm2)，使印染废水经电-Fenton反应过后由第二出水口排出，2天后，电-Fenton反应室中DO浓度稳定在为6.1mg/L左右。
将微藻生长室中取出的藻液、出水进行检测，发现油脂产率达到95mg/L·d，出水COD、NH4 +-N、TN和TP分别降低到8mg/L、0.2mg/L、2.4mg/L和0.5mg/L；将电-Fenton反应室取出的出水进行检测，发现印染废水出水COD去除率达到92.6％，色度去除率为98.3％。
在此实施例中，使用本发明水处理装置使电-Fenton反应室(72L)中DO浓度稳定在为6.1mg/L左右所需的成本包含微藻生长光源的电费6.33元/m3·d；而采用曝气使电-Fenton反应室(72L)中DO浓度稳定在为6.1mg/L左右需要的曝气泵功率为85W，按照每天曝气12h计算，成本约为14.17元/m3·d，因此，使用本发明水处理装置供氧所需的成本仅为外部曝气成本的44.71％。
实施例3
具体步骤如下：
根据图1，以经过疏水处理的致密不锈钢网为气体扩散层，以40cm×40cm的铁网为阳极，以40cm×40cm的石墨毡作为阴极，微藻生长室体积为125L(50cm×50cm×50cm)，电-Fenton反应室体积为72L(20cm×60cm×60cm)，电极间距为10cm；将气体扩散层固定于电-Fenton反应室和微藻培养室之间，得到水处理装置；
将水产养殖废水(COD 200mg/L、NH4 +-N 400mg/L、TN 498mg/L、TP 40mg/L)由微藻生长室的第一进水口连续泵入，并在微藻生长室接种斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)，接种初始浓度为5×105cell/mL，打开光源(由3个8W LED灯管组成)进行光照(光暗比为12h:12h)，小球藻在10天后达到生长稳定期，停止进水，由微藻生长室的藻液排出口排出80％体积的藻液，重新进行进水，继续培养；
将垃圾渗滤液(COD 1200mg/L、初始pH值为3)由电-Fenton反应室的第二进水口连续泵入，打开电源(外加电流30mV/cm2)，使印染废水经电-Fenton反应过后由第二出水口排出，2天后，电-Fenton反应室中DO浓度稳定在为9.3mg/L左右。
将微藻生长室中取出的藻液、出水进行检测，发现油脂产率达到59mg/L·d，出水COD、NH4 +-N、TN和TP分别降低到34mg/L、0.2mg/L、1.6mg/L和1.5mg/L；将电-Fenton反应室取出的出水进行检测，发现印染废水出水COD去除率达到90.8％，色度去除率为91.4％。
在此实施例中，使用本发明水处理装置使电-Fenton反应室(72L)中DO浓度稳定在为9.3mg/L左右所需的成本包含微藻生长光源的电费4.00元/m3·d；而采用曝气使电-Fenton反应室(72L)中DO浓度稳定在为9.3mg/L左右需要的曝气泵功率为85W，按照每天曝气12h计算，成本约为14.17元/m3·d，因此，使用本发明水处理装置供氧所需的成本仅为外部曝气成本的28.23％。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (36)

1.一种水处理装置，其特征在于，所述装置包含内部接种有微藻的微藻生长室、内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室、用于给微藻提供光能的光源，以及用于给电-Fenton反应室提供电压的电源；
所述微藻生长室和电-Fenton反应室通过气体扩散层相隔开；
所述阳极和阴极通过电源相连；
所述微藻生长室上设置有第一进水口、第一出水口以及藻液排出口；
所述电-Fenton反应室上设置有第二进水口以及第二出水口；
所述阴极靠近气体扩散层设置。
2.如权利要求1所述的一种水处理装置，其特征在于，所述微藻生长室为柱状体，含有第一顶面、第一底面以及第一侧面；所述第一进水口、藻液排出口位于微藻生长室第一侧面的下方或微藻生长室的第一底面；所述第一出水口位于微藻生长室第一侧面的上方或微藻生长室的第一顶面。
3.如权利要求1所述的一种水处理装置，其特征在于，所述电-Fenton反应室为柱状体，含有第二顶面、第二底面以及第二侧面；所述第二进水口位于电-Fenton反应室第二侧面的下方或电-Fenton反应室的第二底面；所述第二出水口位于电-Fenton反应室第二侧面的上方或电-Fenton反应室的第二顶面。
4.如权利要求2所述的一种水处理装置，其特征在于，所述电-Fenton反应室为柱状体，含有第二顶面、第二底面以及第二侧面；所述第二进水口位于电-Fenton反应室第二侧面的下方或电-Fenton反应室的第二底面；所述第二出水口位于电-Fenton反应室第二侧面的上方或电-Fenton反应室的第二顶面。
5.如权利要求1所述的一种水处理装置，其特征在于，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。
6.如权利要求2所述的一种水处理装置，其特征在于，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。
7.如权利要求3所述的一种水处理装置，其特征在于，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。
8.如权利要求4所述的一种水处理装置，其特征在于，所述气体扩散层包含碳黑-PTFE气体扩散层、尼龙滤膜或经过疏水处理的不锈钢网中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
10.如权利要求2所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
11.如权利要求3所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
12.如权利要求4所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
13.如权利要求5所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
14.如权利要求6所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
15.如权利要求7所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
16.如权利要求8所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阳极为铁片、铁板或铁网中的一种或多种。
17.如权利要求1所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
18.如权利要求2所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
19.如权利要求3所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
20.如权利要求4所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
21.如权利要求5所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
22.如权利要求6所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
23.如权利要求7所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
24.如权利要求8所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
25.如权利要求9所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
26.如权利要求10所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
27.如权利要求11所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
28.如权利要求12所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
29.如权利要求13所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
30.如权利要求14所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
31.如权利要求15所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
32.如权利要求16所述的一种水处理装置，其特征在于，所述阴极为石墨片、石墨箔、石墨板或石墨毡中的一种或多种。
33.如权利要求1-32任一所述的一种水处理装置，其特征在于，所述电源为恒压电源且所述电源施加的电压范围为0.5V～10V。
34.一种水处理方法，其特征在于，所述方法为使用权利要求1-33任一所述的水处理装置。
35.如权利要求34所述的一种水处理方法，其特征在于，所述方法为将微藻培养基或需处理废水A通过第一进水口通入微藻生长室中，并在微藻培养基或需处理废水A中接种微藻，开启光源进行光照，使微藻产氧，得到氧气和藻液；将需处理废水B通过第二进水口通入内部设置有阴极和阳极的电-Fenton反应室中，接通电源提供电压，进行废水处理，得到经处理废水；待微藻生长室中的微藻生长进入稳定期后，可将藻液由藻液排出口排出进行油脂的提取，同时将另一批微藻培养基或需处理废水A通过第一进水口通入微藻生长室；待一批需处理废水B处理完毕后，可由第二出水口排出，同时将另一批需处理废水B通过第二进水口通入电-Fenton反应室；所述需处理废水A为含氮和/或磷的废水；所述需处理废水B为含难降解有机物的废水。
36.权利要求1-33任一所述的水处理装置或权利要求34或35所述的方法在污水处理方面的应用。
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