CN117699954A - 应用于厌氧生物处理技术的电催化系统、电极组件及应用 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种应用于厌氧生物处理技术的电催化系统、电极组件及应用，电极组件包括电极框架、多个阴极电极板及多个阳极电极板，阴极电极板及阳极电极板间隔固定于电极框架上，沿着阴极电极板及阳极电极板的高度方向间隔设置有多个电催化填料，电催化填料由多个“8”字型编织品绕中心绳编制而成，“8”字型编织品由改性碳纤维丝与尼龙线骨架编制而成。采用改性碳纤维丝编制的电催化填料能够保证填料的强度，碳材料用料大大减少，降低了成本，耐腐蚀性好。由于碳纤维材料拥有出色的比表面积，能够富集微生物的量大，提高电子转移的效率。由于采用尼龙线骨架支撑，使得填料的形态有所保障，保证电催化反应的高效运行。

Description

应用于厌氧生物处理技术的电催化系统、电极组件及应用

技术领域

本申请涉及一种电催化反应器，尤其涉及一种应用于厌氧生物处理技术的电催化系统、电极组件及应用。

背景技术

生物电化学系统(BESs)，如微生物燃料电池(MFCs)、微生物电催化系统(MECs)是新近发展起来的将生物和电化学结合起来的极具创新性的一种方法。这种系统利用生物电化学活性微生物将电子从还原性电子供体传递到电极，然后电子通过闭合电路传递到阴极用于还原阴极电子受体。基于这一原理，BESs已经有了一系列有价值的应用。在阳极，BESs可以去除水中各种有机物，包括乙酸盐、葡萄糖、纤维素、植物根系沉积物，以及硫化物等；在阴极，BESs可用于生产氢气、还原硝酸盐和亚硝酸盐、脱卤、脱色、以及还原硝基苯等。BESs可将硝基苯在阴极有效的还原为易于生物降解的苯胺，从而提高污水的可生化性，达到对硝基苯废水预处理的目的。与单纯的生物法、物化发及电化学等方法相比，生物电化学系统具备以上各方法的优点，同时又有效的解决了以上各方法的某些弊端，因此是一种极具前景、潜力和开发价值的污水处理方法。但是由于目前的生物电化学系统电极的一般采用金属或石墨板等材料制成，电极材质容易被腐蚀、电极富集微生物能力弱，工程化应用投资成本高且对于难降解有机物断链开环能力较弱等等原因，导致并没有大规模的工程化应用。

发明内容

本申请实施例提供一种应用于厌氧生物处理技术的电催化系统、电极组件及应用，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种电极组件，包括电极框架、多个阴极电极板及多个阳极电极板，阴极电极板及阳极电极板间隔固定于电极框架上，沿着阴极电极板及阳极电极板的高度方向间隔设置有多个电催化填料，电催化填料由多个“8”字型编织品绕中心绳编制而成，“8”字型编织品由改性碳纤维丝与尼龙线骨架编制而成。

在一种实施方式中，相邻阴极电极板与阳极电极板之间的间距为5-30cm，同一阴极电极板或同一阳极电极板上相邻电催化填料之间的间距为6-20cm。

在一种实施方式中，电极框架采用聚丙烯或不锈钢材料制成。

第二方面，本申请实施例提供了一种电催化系统，包括反应器池体、电源系统及如上述任一项所述的电极组件，反应器池体内具有进水区、出水区及电极区，电极组件置于电极区，电源系统与电极组件相连，电源系统为电极组件提供稳定的低压电源，电源系统位于反应器池体外部。

在一种实施方式中，电源系统包括稳压电源及接线盒，接线盒的一端端子或空气开关通过铜导线与稳压电源相连接，接线盒的另一端端子或空气开关通过碳纤维导线与电催化填料连接。

在一种实施方式中，阴极电极板与阳极电极板之间的电压范围为0.2-2.5V，电流范围为0.001-0.02A。

在一种实施方式中，还包括曝气系统，曝气系统包括鼓风机、进气主管、多个进气支管及多组微孔曝气管，鼓风机位于反应器池体外部，鼓风机的出风口与进气主管的进气口相连，多个进气支管分别与进气主管相连，进气支管上设置有进气球阀，多组微孔曝气管与多个进气支管的出气口相连，多组微孔曝气管位于反应器池体内侧底部。

在一种实施方式中，进水区及出水区分别设置有ORP仪表、DO仪表及PH仪表。

第三方面，本申请实施例提供了一种厌氧生物处理系统，包括升流式厌氧反应器或水解酸化反应器，以及如上述任一项所述的电催化系统，电催化系统的进水区与升流式厌氧反应器或水解酸化反应器的回流区相连通，电催化系统的出水区与升流式厌氧反应器或水解酸化反应器内的布水系统相连。

第四方面，本申请实施例提供了一种厌氧生物处理系统，包括完全混合式式厌氧反应器及如上述任一项所述的电催化系统，电催化系统位于完全混合式厌氧反应器的进水端。

上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：

电极组件采用改性碳纤维丝与尼龙线骨架编制而成，相较于金属及石墨板等材料组成的电极，采用改性碳纤维丝编制的电催化填料能够保证填料的强度，不易崩断，碳材料用料大大减少，降低了成本，耐腐蚀性好。由于采用尼龙线骨架支撑及碳纤维材料出色的比表面积，能够附着更多的微生物，能够保障电子快速传递，保证电催化反应的高效运行。改性碳纤维丝拥有出色的比表面积，能够传递更多的电子，促进微生物反应的电子转移，加速有机物的分解、开环与降解，能够有效的提升生物处理技术对于COD等指标的去除效率。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1为电极组件的结构示意图；

图2为电催化系统的结构示意图；

图3为曝气系统的结构示意图；

图4为厌氧生物处理系统的结构示意图；

图5为水解酸化反应系统的顶层平面图；

图6为升流式厌氧反应系统或水解酸化反应系统的回流管道平面图；

图7为电催化反应器与厌氧反应器微生物分布对比图；

图8为耦合电催化厌氧反应器与耦合电催化水解酸化反应器微生物分布对比图；

图9为中试耦合电催化水解酸化反应器VFA/COD变化图；

图10为中试耦合电催化水解酸化反应器COD变化趋势图；

图11为中试耦合电催化水解酸化反应器十种微生物占比对比图；

附图标记说明：

1、电极组件；11、电极框架；12、阴极电极板；13、阳极电极板；14、电催化填料；2、电催化系统；21、反应器池体；22、曝气系统；221、鼓风机；222、进气主管；223、进气支管；224、微孔曝气管；225、进气球阀；3、升流式厌氧反应器；4、布水系统；5、水解酸化反应器。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

实施例一

本申请实施例提供了一种电极组件1，包括电极框架11、多个阴极电极板12及多个阳极电极板13。阴极电极板12及阳极电极板13间隔固定于电极框架11上，相邻的一个阴极电极板12与一个阳极电极板13组成一个电极对，沿着阴极电极板12及阳极电极板13的高度方向间隔设置有多个电催化填料14。电催化填料14由多个“8”字型编织品绕中心绳编制而成，“8”字型编织品由改性碳纤维丝与尼龙线骨架编制而成。相邻阴极电极板12与阳极电极板13之间的间距为5-30cm，同一阴极电极板12或同一阳极电极板13上相邻电催化填料14之间的间距为6-20cm。电极框架11采用聚丙烯或不锈钢材料制成。优选地，电极框架11采用的不锈钢材料为不锈钢防腐材料，即在不锈钢表面涂有一层防腐层。改性碳纤维丝采用现有的改性碳纤维材料制成。

由于电催化填料14采用改性碳纤维丝与尼龙线骨架编制而成，相较于金属以及石墨板等材料组成的电极，碳材料的用量大大减少，同时能够保证填料的强度。不易崩断断裂，降低了成本。编制而成的电催化填料14因其蓬松且纤维数量众多，拥有出色的比表面积。通过尼龙线骨架支撑，使得填料的形态有所保障，能够附着更多的微生物，其微生物挂膜量达到了800-1400g/m，充足的微生物数量能够保证电子的快速传递以及电催化反应的高效运行。电催化填料14的主体采用改性碳纤维，由碳纤维、尼龙丝及中心绳编制而成。电催化填料14具备优异的导电能力，每米电阻约为20-30Ω。

改性碳纤维材料组成的电催化填料14与聚丙烯材质的电极框架11，耐腐蚀性好、不易腐蚀，且在保证电阻极低的情况下拥有不俗的强度，避免了石墨板等材质的电极容易粉化而断裂等现象的发生。

实施例二

以下参照实施例一对本实施例进行详细说明：

如图2、图3所示，本申请实施例提供了一种电催化系统2，包括反应器池体21、电源系统及如实施例一所述的电极组件1。其中，反应器池体21内具有进水区、出水区及电极区，电极组件1置于电极区。优选地，电极区内设置有多个电极组件1，多个电极组件1在电极区并列排列。

电源系统与电极组件1相连，电源系统为电极组件1提供稳定的低压电源，电源系统位于反应器池体21外部。进一步地，电源系统包括多个稳压电源及接线盒，接线盒的一端端子或空气开关通过铜导线与稳压电源相连接，接线盒的另一端端子或空气开关通过碳纤维导线与电催化填料14连接并固定。

电源系统负责提供稳压电流至电极板内，本申请的阴极电极板12与阳极电极板13之间的电压范围为0.2-2.5V，电流范围为0.001-0.02A。受导线电阻影响，电源电压与电流会高于电极板间电压、电流。

电催化系统2还包括曝气系统22，曝气系统22包括鼓风机221、进气主管222、多个进气支管223及多组微孔曝气管224。其中，鼓风机221位于反应器池体21外部，鼓风机221的出风口与进气主管222的进气口相连，多个进气支管223分别与进气主管222相连，进气支管223上设置有进气球阀225，通过进气球阀225控制对应进气支管223的通断。多组微孔曝气管224与多个进气支管223的出气口相连，多组微孔曝气管224位于反应器池体21内侧底部。

优选地，多组微孔曝气管224等距设置，布置方向为平行或垂直于电极板放置方向。本申请通过曝气系统22的设置，可以为电催化系统2提供微氧环境，用于调节整体的ORP值范围，防止ORP值过低。

进水区及出水区分别设置有ORP仪表、DO仪表及PH仪表。ORP仪表、DO仪表及PH仪表用于监控电催化系统2运行状态，可根据进出水的ORP值、PH值及DO值自动调节曝气系统22，从而控制整体的ORP值在-150mv至-400mv之间。

本申请的电源系统为电极组件1提供恒流稳压电源，提供充足、稳定的低压电流，能够促进不同的微生物在阴极电极板12及阳极电极板13的富集，通过电子的转移促进其生长繁殖并将污染物去除。由于电催化填料14具有优异的导电性，能耗得以降低。

改性碳纤维组成的电催化填料14具有较低的电阻，加之碳纤维拥有出色的比表面积，能够有效地传递更多的电子，促进微生物反应的电子转移，加速有机物的分解、开环与降解，能够有效提升生物处理技术对于COD等指标的去除效率。

碳纤维材质的电催化填料14在保障接触面积的同时，能够有效的减少电极组件1的重量，同时能确保在低压电流的情况下获得充足的高流密度。

电催化技术通过施加外部电压电流对微生物的电子传递起到促进作用，通过提高电势差促进生物反应的进行，加速污染物的发酵降解，加速污染物的去除与转移。电催化技术由于其阴极电极板12及阳极电极板13的得失电子不同，会促进不同的微生物在其两极进行富集，并促进其快速生长与繁殖，两极微生物在电催化低压电流的促进下，促进其生物反应电子对的转移，并通过导电微生物将电子传递至反应器池体21内部。电催化技术能够有效降低污染物去除难度，同时也能够利于C、N、P等污染物的协同去除，是一种高效低能耗的生物处理技术。电催化过程可以在短时间内和相对较高的负荷下获得较高的悬浮物及有机物去除率，并可将难降解的有机大分子分解为易降解的有机小分子，可以大大改善和提高废水的可生化性和溶解性。同时，电催化技术具有一定的解毒能力，能够将污水中的部分有毒污染物进行截留、发酵并降解，能够有效的提高污水的可生化性。

实施例三

参照实施例二对本实施例进行详细说明：

目前污水处理领域大面积采用生物处理法对废水中的污染物进行去除，其优点为成本低、处理效率出色，但其缺点为培养驯化周期长，抗冲击能力较弱。早期污水处理技术主要采用的是好氧生物处理技术，随着排放标准的不断严格以及进水水质的不断变化，传统的好氧生物处理技术难以适用于现状，因此厌氧技术开始在污水处理领域得到普及。厌氧生物处理技术是在厌氧条件下，兼性厌氧和厌氧微生物群体将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程，又称为厌氧消化。厌氧生物处理技术具有以下优点：①能耗低；②可对甲烷进行回收利用；③可高浓度进水，处理效率高。

然而厌氧生物处理技术具有以下缺点：因其微生物生长缓慢，因此其初次启动时间长；对温度要求较高；对毒物影响较敏感；遭破坏后，恢复期较长；停留时间长，反应效率低。

针对厌氧生物处理的上述缺点，本申请实施例提供了一种厌氧生物处理系统，包括升流式厌氧反应器或水解酸化反应器及如实施例二所述的电催化系统2。电催化系统2的进水区与升流式厌氧反应器或水解酸化反应器的回流区相连通，电催化系统2的出水区与升流式厌氧反应器或水解酸化反应器内的布水系统相连。

厌氧生物处理系统有升流式厌氧反应系统、水解酸化反应系统、自养反硝化工艺、同步硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺等。以下以升流式厌氧反应系统及水解酸化反应系统为例，进行详细说明:

如图4所示，升流式厌氧反应系统包括升流式厌氧反应器3及如实施例二所述的电催化系统2。电催化系统2的进水区与升流式厌氧反应器3中部的回流区相连通，进水区设置有导流板，电催化系统2的出水区与升流式厌氧反应器3内的布水系统4相连。

在该升流式厌氧反应系统中，电催化系统2放置于升流式厌氧反应器3内部。由于电催化系统2的进水区与升流式厌氧反应器3中部的回流区相连通，通过连通器效应，将升流式厌氧反应器3内的污水引入电催化系统2内。通过导流板的设置用于保证污水的流态，避免短流、死区的出现。

电极区位于进水区的前端，出水区位于电极区的后端，电极区均匀分别多组电极组件1。污水进入电催化系统2后，通过电极组件1用于富集微生物，并在提供低压电场的作用下对污染物进行去除、断链及开环。进入出水区的污水通过提升泵等将污水提升至布水系统4内，进而通过布水系统4再次均匀分布于升流式厌氧反应器3内。上述布水系统4为现有技术，能够实现污水的均匀分别即可。

在该升流式厌氧反应系统中，进水停留时间为0.5小时，进水流量与升流式厌氧反应器3的回流量一致，稳压电源为1.0V至2.0V，可根据实际情况进行调整。电催化系统2为六组，每组电催化系统2内含有四组电极组，每组电极组由六对电极对组成，共十二片电极板，电极板之间的间距为5-15cm，板内相邻电催化填料的间距为8-10cm。

由于电催化系统2内设置有曝气系统22，可通过定时开启曝气的方式，将电催化系统2底部的淤泥进行吹扫，使其返回至升流式厌氧反应器3内，防止污泥在电催化系统2内发酵解体。

污水进入电催化系统2后，得益于电极区的低压电场，部分生长缓慢或难以占据主导地位的微生物会在电催化反应的帮助下得到促进，保障其能够占据主导地位，如产甲烷等。同时在电催化反应的加成下，微生物种群会更加丰富。可以通过调整电压的大小来调整反应电势差的高低，促进反应的进行，部分对处理效果有益微生物的占比会明显升高。

得益于电催化对于微生物生长繁殖的促进作用，在系统受冲击导致微生物大面积死亡后，能够快速的增殖并恢复。同时，由于电催化能够促进微生物对难降解污染物以及有毒污染物的断链、去除，因此该工艺也能够有效的提高系统的抗冲击能力。

通过电催化系统2与升流式厌氧反应器3的组合使用，解决了厌氧生物处理技术启动周期长、微生物生长缓慢的问题。解决了厌氧生物处理技术受冲击后恢复期长的问题。

如图5、图6所示，水解酸化反应系统包括水解酸化反应器5及如实施例二所述的电催化系统2。电催化系统2的进水区与水解酸化反应器5中部的回流区相连通，进水区设置有导流板，电催化系统2的出水区与水解酸化反应器5内的布水系统4相连。

在该水解酸化系统中，电催化系统2放置于水解酸化反应器5内部。由于电催化系统2的进水区与水解酸化反应器5中部的回流区相连通，通过连通器效应，将水解酸化反应器5内的污水引入电催化系统2内。通过导流板的设置用于保证污水的流态，避免短流、死区的出现。

电极区位于进水区的前端，出水区位于电极区的后端，电极区均匀分布多组电极组件1。污水进入电催化系统2后，通过电极组件1用于富集微生物，并在提供低压电场的作用下对污染物进行去除、断链及开环。进入出水区的污水通过提升泵等将污水提升至布水系统4内，进而通过布水系统4再次均匀分布于水解酸化反应器5内。上述布水系统4为现有技术，能够实现污水的均匀分别即可。

由于电催化系统2内设置有曝气系统22，可通过定时开启曝气的方式，将电催化系统2底部的淤泥进行吹扫，使其返回至水解酸化反应器5内，防止污泥在电催化系统2内发酵解体。

如图6、图7所示，为某印染废水中试试验微生物结果，该中试采用升流式厌氧反应器3及水解酸化反应器5，且升流式厌氧反应器3及水解酸化反应器5均配备了电催化系统2。图中为连续进水运行了三个月的微生物的分析。其中，对比了厌氧反应器中占比排名前三十的微生物，对比厌氧反应器，电催化系统2内杂菌(Other)的含量明显降低，而Erysipelothrix(丹毒丝菌属)、Desulfuromonas(脱硫单胞菌属)、unidentified_Synergistaceae(微生物)、Soehngenia(毛螺菌属)、Thermovirga(互营热菌属)、Proteiniphilum(嗜蛋白菌属)这几种微生物有明显的升高，其中Proteiniphilum(嗜蛋白菌属)这种微生物在厌氧反应器内占比较低，而在电催化系统2内其占比有所增加，其丰度能进入前十，该微生物的主要功能为产乙酸。Erysipelothrix(丹毒丝菌属)、Desulfuromonas(脱硫单胞菌属)、unidentified_Synergistaceae(微生物)这三种微生物在电催化系统2内占比明显高于升流式厌氧反应器，Erysipelothrix(丹毒丝菌属)为参与厌氧及硫氧化的微生物、Desulfuromonas(脱硫单胞菌属)为硫酸盐还原以及铁还原微生物、unidentified_Synergistaceae为互养微生物，参与乙酸代谢。同时，在两个反应器内均发现了Thermovirga(互营热菌属)，这种微生物为电活性微生物，能够加速水解和产生小分子有机物。此外，产甲烷阶段为厌氧反应的限速阶段，电催化的加入有效的提高了产甲烷菌在反应器内的占比，电催化系统2内的产甲烷菌占比较升流式厌氧反应器提高了26.17％。同时电催化系统2内存在较多的硫酸盐还原菌与硫氧化菌，证实了该反应器内的碳氮硫循环的存在，而其含量高于厌氧反应器内，证明了电催化对于该循环有正向促进作用，能够促使该循环发生。

与水解酸化反应器的微生物进行对比，发现在该反应器中主体微生物种类较为接近，前三十丰度的微生物中有4种微生物存在差异，考虑其为串联的反应器，其微生物分布相近较为正常。而电催化系统2内的微生物分布就有了很大的差异，与厌氧反应器、水解酸化反应器以及电催化系统21相比，丰度排名前三十中有5种微生物未出现在其他反应器前三十丰度中，分别为Marinobacterium(与偶氮染料降解有关)、Fontibacter(与铁还原有关)、Thauera(能降解芳香族污染物，且具有反硝化与短程反硝化功能)、Comamonas(以多种短链有机酸及醇类为碳源合成PHA多聚物或共聚物)、Ottowia(具有酚类降解和大分子有机物水解功能)，同时其水解功能相关的菌属如Lentimicrobium(具有发酵能力的电活性菌)、Macellibacteroides(具有降解大分子如蛋白质、糖、纤维素，起到水解酸化功能)占比均高于水解酸化反应器内，同时硫循环相关的菌属如硫酸盐还原菌等占比也高于水解酸化反应器内。该数据证明了电催化系统能够促进水解酸化微生物的生长繁殖，且能够促进碳氮硫循环的生成。Thauera(陶厄氏菌)目前受到了很多专家学者的关注，将其视为短程硝化反硝化与厌氧氨氧化结合的关键菌属，在该反应器中出现且占比较高也说明在电催化对短程硝化反硝化也能起到促进作用。

在反应器运行1个月后，COD去除率已经到达设计值，连续运行2个月后反应器负荷已经达到设计值，证实了电催化对于反应器的快速启动有促进作用。

该数据证明了电催化能够加速厌氧消化的进行，以及能够提升反应器对于难降解有机物断链能力，能够有效的将来水中的有机污染物断链。

本申请中正极电极板与负极电极板的碳纤维填料并不直接参与反应过程，而是通过提供电子与低压电场，促进正极电极板及负极电极板上富集的微生物进行反应。在电化学反应中，电子从一个物质转移到另一个物质，这个过程中会产生电势差。电势差是指两个物质之间的电位差，它是电化学反应发生的驱动力。如果两个物质之间的电势差为正，那么电子会从电势较低的物质转移到电势较高的物质，反之则相反。在常温下，电化学势差越大，反应速率越快。因此，电化学势差是电化学反应速率的重要因素之一。在实际应用中，我们可以通过调节电化学势差来控制电化学反应的速率和方向。本申请中通过向正极电极板及负极电极板施加低压电场，在低压电场的作用下扩大两极电势差，加速电子的转移效率从而提高电化学反应的速率，而微生物去除污染物的反应本身也是电子转移的过程，是氧化与还原反应，所以才有电子供体以及电子受体的说法。在厌氧系统中，缺少强氧化性的电子受体(如氧气)是微生物降解速率低、代谢缓慢的重要制约因素，细菌之间的电子传递是限速的重要原因。微生物去除污染物的过程也是其生长繁殖的过程，通过促进其反应能够有效帮助微生物进行生长繁殖，尤其是对于生长缓慢的微生物如自养微生物等。通过调节电势差的大小可以辅助不同类型的微生物进行富集，同时能够富集电活性微生物，如Geobacter(地杆菌)、Shewanella(希瓦氏菌属)等。

以Geobacter(地杆菌)为例，Geobacter(地杆菌)同时兼具放电与吸电能力，其在正极电极板及负极电极板两端所展现的反应形式不同。在电催化系统2内电子从阴极向阳极移动，因此微生物在阴极上作为电子受体，发生还原反应，还原污水中的污染物，微生物在阳极上作为电子供体，发生氧化反应，氧化污水中的污染物。以Geobacter(地杆菌)为例，在阴极上Geobacter(地杆菌)作为电子供体，可以将电子传递给其他微生物或直接传递给污染物，如传递给产甲烷古菌产甲烷菌利用电子在电催化系统扩大的电势差作用下，可以快速的将污水中的有机污染物转化为甲烷或二氧化碳从而达到厌氧发酵的目的，自身也可直接还原污水中的有机污染物，如铁还原反应等。在阳极上Geobacter(地杆菌)作为电极受体，可以直接利用电极提供的电子，自身作为电子受体，将污水中的有机物氧化，或将这些电子传递给其他微生物，形成聚集体，并在电催化系统扩大的电势差下促进污水中的有机污染物的氧化、分解、断链、发酵。可以简单理解为阳极上发生氧化反应，是厌氧发酵反应，阴极上发生还原反应，是厌氧消化反应。

以VFA为例：VFA是指挥发性脂肪酸，是厌氧反应四阶段中水解与酸化阶段的产物，是衡量水解酸化效果的标准之一。VFA/COD是衡量污水可生化性除B/C比外的新的方法，VFA/COD比值越高，证明污水中短链脂肪酸的含量占比更高，而这些短链脂肪酸是容易被微生物利用的。

结果如图9所示，该中试以高浓度印染废水作为试验对象，从图9可以看到在电催化的作用下，VFA/COD比值明显的升高，尤其是在水解酸化反应器内，其VFA占比更是接近50％。同时在COD数据方面，在电催化系统的加持下，厌氧池1的COD去除率已经接近65％，厌氧池2的COD去除率也达到了65％以上。充分体现了电催化系统加持下，对于厌氧反应的促进作用，能够加速厌氧消化。

如图10所示，以COD为例，该中试以中低浓度印染废水作为试验对象，图10为电催化系统安装前后的COD处理效果的对比。整体试验于3月17日开始，3月30日完成电催化系统的安装，电催化系统安装9日后去除效果开始体现，并逐渐明显，证明了电催化系统能够有效缩短启动调试时间。在反应器连续运行28天后，处理效果逐渐提升，进出水数据趋于稳定，并在运行58天后达到设计负荷，整体启动调试期为不到2个月。在度过启动调试期后，虽然水质也有着明显的波动，但是并未影响到反应器的整体处理效果，验证了电催化系统2对厌氧反应器抗冲击能力的提升。

在该中试中两级厌氧+水解酸化反应器COD去除率达到了50％，配合后端的A2O反应器，整体COD去除率达到了85％，二沉池出水COD平均值低于500mg/L。并且在连续运行30天后均有所提升，两级厌氧+水解酸化反应器COD去除率达到了55％，整体COD去除率达到了90％，二沉池出水平均值430mg/L。

如图11所示，为某工业废水中试反应器内十种比较关键的微生物对比分析，这十种微生物功能上均与厌氧或电催化直接相关，是厌氧反应与电催化反应特色微生物。Geobactor(地杆菌)、unidentified_Rikenellaceae(微生物)、Lentimicrobium(微生物)、Thermovirga(微生物)是电活性微生物，Methanomethylovorans是一种产甲烷菌，Geobacter(地杆菌)与Methanomethylovorans(甲烷食甲基菌属)能够在电催化系统作用下起到加速厌氧产甲烷的过程，而此过程一般是限速过程。此外，Lentimicrobium(微生物)还兼具发酵作用，Thermovirga(微生物)具有加速水解和产生小分子有机物的作用。

Leucobacter是一种厌氧降解有机污染物的微生物；Marinobacterium是降解偶氮染料的微生物；Anaerovorax是降解COD的厌氧微生物；Hydrogenoanaerobacterium是一种厌氧产氢的微生物，能将产生的氢供应给氢型产甲烷菌；Soehngenia是一种水解产乙酸微生物。

从图中可以明显看出，在电催化的促进作用下，电催化系统2内该类型微生物占比均明显高于厌氧反应器内，最高的两种微生物是Marinobacterium与Geobacter，而此次中试的难点就是对于偶氮染料的去除，电催化系统成功的促进了Marinobacterium的生长与繁殖。

实施例四

以下参照实施例二对本实施例进行详细说明：

本申请实施例提供了一种厌氧生物处理系统，包括完全混合式厌氧反应器及如实施例二所述的电催化系统，电催化系统位于完全混合式厌氧反应器的进水端。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.电极组件，其特征在于，包括电极框架、多个阴极电极板及多个阳极电极板，阴极电极板及阳极电极板间隔固定于电极框架上，沿着阴极电极板及阳极电极板的高度方向间隔设置有多个电催化填料，电催化填料由多个“8”字型编织品绕中心绳编制而成，“8”字型编织品由改性碳纤维丝与尼龙线骨架编制而成。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，相邻阴极电极板与阳极电极板之间的间距为5-30cm，同一阴极电极板或同一阳极电极板上相邻电催化填料之间的间距为6-20cm。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，电极框架采用聚丙烯或不锈钢材料制成。

4.电催化系统，其特征在于，包括反应器池体、电源系统及如权利要求1至3任一项所述的电极组件，反应器池体内具有进水区、出水区及电极区，电极组件置于电极区，电源系统与电极组件相连，电源系统为电极组件提供稳定的低压电源，电源系统位于反应器池体外部。

5.根据权利要求4所述的电催化系统，其特征在于，电源系统包括稳压电源及接线盒，接线盒的一端端子或空气开关通过铜导线与稳压电源相连接，接线盒的另一端端子或空气开关通过碳纤维导线与电催化填料连接。

6.根据权利要求5所述的电催化系统，其特征在于，阴极电极板与阳极电极板之间的电压范围为0.2-2.5V，电流范围为0.001-0.02A。

7.根据权利要求4所述的电催化系统，其特征在于，还包括曝气系统，曝气系统包括鼓风机、进气主管、多个进气支管及多组微孔曝气管，鼓风机位于反应器池体外部，鼓风机的出风口与进气主管的进气口相连，多个进气支管分别与进气主管相连，进气支管上设置有进气球阀，多组微孔曝气管与多个进气支管的出气口相连，多组微孔曝气管位于反应器池体内侧底部。

8.根据权利要求4所述的电催化系统，其特征在于，进水区及出水区分别设置有ORP仪表、DO仪表及PH仪表。

9.厌氧生物处理系统，其特征在于，包括升流式厌氧反应器或水解酸化反应器，以及如权利要求4至8任一项所述的电催化系统，电催化系统的进水区与升流式厌氧反应器或水解酸化反应器的回流区相连通，电催化系统的出水区与升流式厌氧反应器或水解酸化反应器内的布水系统相连。

10.厌氧生物处理系统，其特征在于，包括完全混合式厌氧反应器及如权利要求4至8任一项所述的电催化系统，电催化系统位于完全混合式厌氧反应器的进水端。