本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電極、單極室生物電化學(xué)設(shè)備及調(diào)整其水力流態(tài)的方法。

背景技術(shù)：

生物電化學(xué)系統(tǒng)作為一種新興的水處理技術(shù)，其在難降解有機(jī)污染物、資源能源回收等方面展現(xiàn)的巨大潛力吸引了越來越多的關(guān)注和研究。生物電化學(xué)系統(tǒng)中以微生物作為催化劑將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；該項(xiàng)技術(shù)陽極微生物對(duì)廢水中小分子有機(jī)物高效利用，馴化陰極微生物以電極作為電子供體對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化降解，整體工藝對(duì)碳源電子供體的需求量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)厭氧工藝；該項(xiàng)技術(shù)通過較小的能量輸入和對(duì)電位條件的控制，加速一些難降解有機(jī)污染物(硝基芳香烴類、偶氮類、高氯烴、芳香烴類等)在陰極的還原降解，進(jìn)而達(dá)到對(duì)這些難降解污染物定向高效去除。除此外，生物電化學(xué)系統(tǒng)還能與傳統(tǒng)厭氧工藝進(jìn)行有機(jī)耦合，極大程度提升厭氧裝置的空間利用率，增大生物量，對(duì)厭氧生物反應(yīng)殘留的難降解污染物實(shí)現(xiàn)高效的定向轉(zhuǎn)化，克服工業(yè)廢水中碳源少、cod/tkn比低的弊端，強(qiáng)化廢水中難降解有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化、去除。

電極是生物電化學(xué)系統(tǒng)的核心，它既是系統(tǒng)中電子的受(供)體界面載體，同時(shí)也是微生物生長附著的載體。因此，電極性能將極大程度上決定整個(gè)生物的電化學(xué)系統(tǒng)的性能。目前對(duì)于電極性能的提升主要通過以下的幾個(gè)方面的措施：(1)對(duì)電極材料的優(yōu)選和改性，主要是對(duì)碳基質(zhì)的材料進(jìn)行摻雜氮等以提高材料的導(dǎo)電性，或者尋求更合適的金屬基質(zhì)材料作為電極；(2)對(duì)電極的結(jié)構(gòu)形貌在微納尺度進(jìn)行優(yōu)化，采用具有三維結(jié)構(gòu)的電極(玻態(tài)碳、泡沫銅、泡沫鎳等)，對(duì)電極表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性和基團(tuán)改性?？偠灾@些方法都是基于獲得一種具有高比表面積、高導(dǎo)電性能、高機(jī)械強(qiáng)度、強(qiáng)生物兼容性和低環(huán)境影響的電極。但是這些改性方法無論是從操作還是從成本方面考慮都難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用。

要實(shí)現(xiàn)生物電化學(xué)系統(tǒng)的規(guī)模工程化應(yīng)用，還必須要考慮反應(yīng)裝置的水力流態(tài)特征。從某種程度來講，水力流態(tài)特征是決定反應(yīng)器運(yùn)行效能最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，因?yàn)樗α鲬B(tài)特征極大程度上影響反應(yīng)器內(nèi)介質(zhì)之間傳質(zhì)、有機(jī)污染物去除速率、污泥產(chǎn)生和生物膜生長以及反應(yīng)器整體空間利用效率等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種電極、單極室生物電化學(xué)設(shè)備及調(diào)整其水力流態(tài)的方法，以解決上述技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的一方面，提供了一種電極，所述電極為截面呈“z”字形彎折的褶皺電極。

可選地，所述褶皺電極的彎折角度為10°～120°。

可選地，所述褶皺電極的彎折角度為40°～60°。

可選地，所述電極的材料為不銹鋼網(wǎng)，所述不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)孔規(guī)格為24～80目。

本發(fā)明的另一發(fā)明，還提供了一種單極室生物電化學(xué)設(shè)備，包括陽極和陰極，所述陽極和所述陰極均為權(quán)利要求1-4任一所述電極。

可選地，還包括絕緣片，所述絕緣片的彎折角度與褶皺電極的彎折角度一致，用于分離所述陽極和所述陰極，以及用于調(diào)節(jié)所述陽極和所述陰極之間的距離，所述陽極和所述陰極之間的距離為0.1mm～10mm。

本發(fā)明的再一方面，還提供了一種單極室生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)的調(diào)整方法，包括步驟：

s1、準(zhǔn)備截面呈“z”字形彎折的褶皺電極；

s2、將所述褶皺電極分別作為陽極和陰極內(nèi)置于所述設(shè)備中；

s3、改變褶皺電極的彎折角度和/或所述陽極和所述陰極之間的距離，以調(diào)整所述設(shè)備的水力流態(tài)。

可選地，所述陽極和所述陰極之間的距離設(shè)置為0.1mm～10mm。

可選地，步驟s1包括步驟：

s11、將電極折成褶皺狀，得到褶皺電極；

s12、將所述褶皺電極進(jìn)行表面處理；

s13、將處理后的褶皺電極與導(dǎo)線連接，并引出一段導(dǎo)線作為電流集流器。

(三)有益效果

通過以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明具有以下的優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明使用的電極材料采用不銹鋼網(wǎng)，首先，不銹鋼網(wǎng)具有高機(jī)械強(qiáng)度，其能夠進(jìn)行較好的機(jī)械加工和成形；其次，不銹鋼具有較強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸堿及腐蝕，廣泛適用于各種廢水水質(zhì)特征；第三，不銹鋼導(dǎo)電性好，電阻率低，適用于用作電極導(dǎo)體；最后，相比于其他類型的電極材料，不銹鋼價(jià)格低廉易于獲得；

(2)本發(fā)明的電極形貌僅僅通過工業(yè)折彎機(jī)對(duì)不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行簡單折疊即可獲得，對(duì)電極表面處理也只使用乙醇丙酮和酸溶液，電極的加工和處理方法簡單、操控容易、工業(yè)成本低、易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；

(3)本發(fā)明內(nèi)置褶皺電極在生物電化學(xué)設(shè)備中，水力流態(tài)特征將極大程度得到改善，并通過水力流態(tài)的改善促進(jìn)了設(shè)備中不同介質(zhì)之間的傳質(zhì)、增濃電極表面污染物濃度、加快有機(jī)污染物去除速率、減少污泥產(chǎn)生、促進(jìn)生物膜生長以及充分利用反應(yīng)器整體空間等效果；

(4)本發(fā)明可以通過對(duì)褶皺電極的彎折角度和絕緣片尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)不同結(jié)構(gòu)的電極，進(jìn)而可以獲得不同水力流態(tài)特征，具有較大的可操控性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的褶皺電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的單極室生物電化學(xué)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的絕緣塑料片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)整單極室生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)的方法步驟示意圖；

圖5為圖4中不銹鋼網(wǎng)的剪裁示意圖；

圖6為圖4中褶皺電極的電極連接示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的褶皺電極的不同彎折角度和陽極和陰極之間的距離對(duì)改善生物電化學(xué)設(shè)備停留時(shí)間分布曲線圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的褶皺電極的不同彎折角度和陽極和陰極之間的距離對(duì)改善生物電化學(xué)系實(shí)際停留時(shí)間比較圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例內(nèi)置褶皺電極的生物電化學(xué)設(shè)備處理ao7的混合型廢水對(duì)染料的去除效能比較圖。

具體實(shí)施方式

利用現(xiàn)有技術(shù)的改性方法，一般獲得具有高比表面積、高導(dǎo)電性能、高機(jī)械強(qiáng)度、強(qiáng)生物兼容性和低環(huán)境影響的電極。但是這些改性方法無論是從操作還是從成本方面考慮都難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用。

再者，生物電化學(xué)系統(tǒng)包含了廢水、污泥、生物膜、電極及氣體等多相多體系，水力流態(tài)效應(yīng)在生物電化學(xué)系統(tǒng)中將會(huì)得到放大，將更大程度影響生物電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行效能。因此，通過在工業(yè)尺寸條件下對(duì)電極進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及表面處理，并采用調(diào)整優(yōu)化方式內(nèi)置于反應(yīng)器中，以得到一種優(yōu)化的內(nèi)置電極生物電化學(xué)設(shè)備將是生物電化學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模工程化的必經(jīng)之路。

本發(fā)明主要是為了解決生物電化學(xué)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、工程化應(yīng)用過程中面臨的電極成本高、水力流態(tài)差等問題，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)生物電化學(xué)系統(tǒng)內(nèi)置電極的規(guī)?；糯髴?yīng)用，提供一種內(nèi)置褶皺電極調(diào)整生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)的方法，并將該方法運(yùn)用于構(gòu)建生物電化學(xué)設(shè)備以處理高濃度工業(yè)廢水、工業(yè)園區(qū)混合型廢水以及微污染廢水中難降解有機(jī)污染物。

基于上述內(nèi)容，本發(fā)明一方面提供了一種通過內(nèi)置褶皺電極來調(diào)整優(yōu)化生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)的方法，并提供了利用該方法構(gòu)建的生物電化學(xué)設(shè)備在處理含偶氮類、硝基芳香烴類、芳香烴類等污染物的廢水的應(yīng)用。將本發(fā)明的電極應(yīng)用在單極室生物電化學(xué)設(shè)備中，并加以水力流態(tài)的調(diào)整優(yōu)化，可以用于處理高濃度工業(yè)廢水、工業(yè)園區(qū)混合型廢水以及微污染廢水。并且本發(fā)明的方法簡單易操作、成本低廉、高效能，極大程度的提高了單極室生物電化學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用潛能。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式，還包括對(duì)各種具體實(shí)施方式見的任意組合和參數(shù)調(diào)整。

本發(fā)明實(shí)施例的一方面，提供了一種電極，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的褶皺電極示意圖，如圖1所示，在本實(shí)施例中，制備電極的導(dǎo)電材料，選擇不銹鋼網(wǎng)，得到褶皺電極，其中，h1為褶皺電極褶皺區(qū)高度，h2為褶皺電極電流集流區(qū)高度，α為褶皺電極的彎折角度，δ為褶皺邊長度，w為制備該電極的導(dǎo)電材料的寬度。該褶皺電極的截面呈“z”字形彎折，其彎折角度為10°～120°，更優(yōu)選為40。～60°，將彎折角度控制在該范圍內(nèi)，該電極應(yīng)用在單極室生物電化學(xué)設(shè)備中時(shí)，該設(shè)備的水力流態(tài)特征能夠得到較好的調(diào)整優(yōu)化，能更有效地去除污水中的難降解污染物。另外，該電極為具有延展性，且不易被腐蝕的導(dǎo)電材料，例如不銹鋼、鈦等金屬或者碳?xì)?、石墨板、石墨氈等碳基。在本發(fā)明實(shí)施例選擇不銹鋼，理由為：首先，不銹鋼網(wǎng)具有高機(jī)械強(qiáng)度，其能夠進(jìn)行較好的機(jī)械加工和成形；其次，不銹鋼具有較強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸堿及腐蝕，廣泛適用于各種廢水水質(zhì)特征；第三，不銹鋼導(dǎo)電性好，電阻率低，適用于用作電極導(dǎo)體；最后，相比于其他類型的電極材料，不銹鋼價(jià)格低廉易于獲得。

本發(fā)明實(shí)施例的另一方面，還提供了一種單極室生物電化學(xué)設(shè)備，圖2為本發(fā)明實(shí)施例的單極室生物電化學(xué)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，其中包括：外電阻4，外加電源5，進(jìn)水口6，褶皺狀陽極7，褶皺狀陰極8，出水口9和絕緣塑料片(在圖2中未示出，請(qǐng)參照?qǐng)D3)。其中，褶皺狀陰極和褶皺狀陽極的截面呈“z”字形彎折，電極材料為具有延展性，且不易被腐蝕的導(dǎo)電材料。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的本發(fā)明實(shí)施例的絕緣塑料片的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，h3為褶皺絕緣塑料片高度，β為褶皺絕緣塑料片的彎折角度，d為陽極和陰極之間的距離。絕緣片(例如絕緣塑料片)應(yīng)該放置在陰陽兩極之間，且與褶皺電極的彎折角度一致，以維持恒定的陽極和陰極之間的距離和陽極和陰極之間的絕緣環(huán)境，同時(shí)防止兩個(gè)電極接觸短路。因?yàn)樵撛O(shè)備為單極室設(shè)備，因此，該絕緣片上有小孔，以便污水在陽極和陰極中流動(dòng)，更利于陽極和陰極之間離子的傳輸，降解污水中的難降解有機(jī)物。諸如硝基芳香烴類、偶氮類、高氯烴、芳香烴類等。

本發(fā)明實(shí)施例的再一方面，還提供了一種調(diào)整單極室生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)的方法，圖4為本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)整單極室生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)的方法步驟示意圖，如圖4所示，包括步驟：

步驟s1：準(zhǔn)備截面呈“z”字形彎折的褶皺電極，且步驟s1具體為：

首先，進(jìn)行步驟s11：以不銹鋼網(wǎng)作為電極材料，將工業(yè)不銹鋼網(wǎng)裁剪至特定要求尺寸的不銹鋼網(wǎng)片，圖5為圖4中不銹鋼網(wǎng)的剪裁示意圖，如圖5所示，we為電極寬度，le為不銹鋼網(wǎng)片長度。接著，在工業(yè)折彎機(jī)上將裁剪好的不銹鋼網(wǎng)片折成固定的彎折角度，從而得到截面呈“z”字形彎折的褶皺電極(請(qǐng)參照?qǐng)D1)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述不銹鋼網(wǎng)采用300系列不銹鋼網(wǎng)(鉻-鎳奧氏體不銹鋼)，優(yōu)選304、304l、316和316l不銹鋼網(wǎng)，更優(yōu)選316l不銹鋼網(wǎng)；所述不銹鋼網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格為24～80目，更優(yōu)選為30～50目；褶皺電極的彎折角度為10°～120°，更優(yōu)選為40°～60°。

其次，進(jìn)行步驟s12：將制得的褶皺電極用乙醇丙酮混合液進(jìn)行表面清洗，表面清洗后用酸溶液進(jìn)行表面浸泡處理，浸泡處理后用去離子水沖洗，然后在室溫條件下干燥。在本發(fā)明實(shí)施例中，乙醇丙酮混合液的乙醇與丙酮的體積比為0.5～2，更優(yōu)選為1；所述的酸為濃度為0.5～1.5mol/l的hno3、hcl和h25o4，更優(yōu)選為1mol/l的h25o4；所述的浸泡處理時(shí)間為16～32h，更優(yōu)選為24h。

然后，進(jìn)行步驟s13：通過不易腐蝕的螺絲(例如塑料螺絲)，將褶皺電極與導(dǎo)線進(jìn)行連接，并將導(dǎo)線引出一段作為電流集流器。圖6為圖4中褶皺電極的電極連接示意圖，如圖6所示，在電極電流集流區(qū)打孔，將鈦絲一端用工具制作成一圓環(huán)狀，將鈦絲的圓環(huán)狀與電極電流集流區(qū)的孔用塑料螺絲3進(jìn)行連接。在剩余的鈦絲上套一層熱縮管2，并在另一端裸露出一段鈦絲，并將整個(gè)作為電流集流器1。在本發(fā)明實(shí)施例中，選擇鈦絲，也可以選擇銅絲或者金絲，因?yàn)槠洳灰妆凰脱鯕飧g，且鈦絲直徑為1mm～2mm，更優(yōu)選為1.5mm。

另外，其中，不銹鋼網(wǎng)長度(l)由褶皺電極的彎折角度(α)和電極高度(h)決定，l的具體尺寸計(jì)算公式為：

步驟s2、將兩個(gè)一樣的褶皺電極分別作為陽極和陰極內(nèi)置于單極室生物電化學(xué)設(shè)備中。

步驟s3、改變褶皺電極的彎折角度和/或所述陽極和所述陰極之間的距離，以調(diào)整所述設(shè)備的水力流態(tài)，具體為：

通過改變?cè)O(shè)備中的絕緣塑料片的位置改變陽極和陰極之間的距離，一般來說，陽極和陰極之間的距離為0.1mm～10mm，優(yōu)選距離為0.2mm。可以通過改變陽極和陰極之間的距離改變水力流態(tài)，此外，還可以通過改變褶皺電極，來改變水力流態(tài)。

一般來說，可以通過離子示蹤法得到停留時(shí)間分布曲線或者通過計(jì)算流體力學(xué)模擬反應(yīng)系統(tǒng)的流場特征，從而表征水力流態(tài)。其中，計(jì)算流體力學(xué)是基于計(jì)算機(jī)模擬，此處不再贅述。本發(fā)明實(shí)施例選擇通過離子示蹤法得到停留時(shí)間分布曲線，來表征水力流態(tài)。采用硫酸鋰(li2so4)作為示蹤劑，通過離子示蹤法測定內(nèi)置褶皺電極的生物電化學(xué)設(shè)備的停留時(shí)間分布曲線，再通過調(diào)節(jié)褶皺電極的彎折角度以及塑料絕緣片的寬度以維持不同的陽極和陰極之間的距離，從而通過對(duì)褶皺電極的彎折角度和陽極和陰極之間的距離的調(diào)節(jié)獲得具有最優(yōu)化水力流態(tài)的生物電化學(xué)設(shè)備。

通過以下實(shí)例來證明本發(fā)明的發(fā)明效果：

實(shí)施例1：

在本發(fā)明實(shí)施例中，將孔徑規(guī)格為50目的304不銹鋼網(wǎng)裁剪成尺寸為80mm(we)×1470mm(le)的不銹鋼網(wǎng)片2片，將裁剪好的不銹鋼網(wǎng)片利用工業(yè)折彎機(jī)進(jìn)行褶皺，使得電極褶皺邊長度δ為30mm，褶皺電極的彎折角度α為40°；整個(gè)電極高度為550mm，其中褶皺電極褶皺區(qū)高度h1為500mm，電流集流區(qū)高度h2為50mm；將彎折角度α為40°的兩片電極浸泡在乙醇∶丙酮＝1(體積比)的混合液中，在室溫超聲條件下清洗15min；將清洗后的電極蘸干后置于濃度為1mol/l的h2so4溶液中，在室溫條件下浸泡24h，然后取出電極用去離子水沖洗3次后蘸干。在電極電流集流區(qū)打孔，孔直徑為8mm，選用直徑為2mm的鈦絲，將鈦絲一端用工具制作成一直徑為8mm的圓環(huán)狀，將鈦絲的圓環(huán)狀與電極電流集流區(qū)的孔用m8的塑料螺絲3進(jìn)行連接。在剩余的鈦絲上套一層熱縮管2，并在另一端裸露出10cm長鈦絲，并將整個(gè)作為電流集流器1。將所制得的兩片電極置于尺寸為80mm(wr)×36mm(lr)×580mm(hr)的有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，在貼進(jìn)反應(yīng)器兩側(cè)壁邊的位置放置尺寸為500mm(h3)×2mm(d)，彎折角度β為40°的褶皺絕緣塑料片，維持陽極和陰極之間的距離為2mm。并將陽極和陰極同外加電源5、外電阻4以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，形成生物電化學(xué)設(shè)備。成功組裝后，利用li2so4作為示蹤劑，采用離子示蹤法對(duì)內(nèi)置褶皺電極的生物電化學(xué)設(shè)備在理論水力停留時(shí)間分別為2h、4h、6h和8h條件下li⁺的停留時(shí)間分布曲線進(jìn)行表征。進(jìn)行流態(tài)表征后，向生物電化學(xué)設(shè)備中接種污泥10ml，然后在外加電壓為0.5v條件下進(jìn)行馴化培養(yǎng)，以原位富集培養(yǎng)陽極電極模塊微生物。實(shí)驗(yàn)過程中使用添加有100mg/l的酸性橙7(ao7)的市政污水作為驗(yàn)證本實(shí)例對(duì)難降解有機(jī)污染物在理論水力停留時(shí)間為2h、4h、6h和8h條件下的降解效能。

實(shí)施例2：

同實(shí)施例1，區(qū)別僅在于：將孔徑規(guī)格為50目的304不銹鋼網(wǎng)裁剪成尺寸為80mm(we)×2930mm(le)的不銹鋼網(wǎng)片2片，褶皺電極的彎折角度α為20°。將所制得的兩片電極置于尺寸為80mm(wr)×44mm(lr)×580mm(hr)的有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，在貼進(jìn)反應(yīng)器兩側(cè)壁邊的位置放置尺寸為500mm(h3)×2mm(d)，彎折角度β為20°的褶皺絕緣塑料片，維持陽極和陰極之間的距離為2mm。

實(shí)施例3：

同實(shí)施例1，區(qū)別僅在于：將所制得的兩片電極置于尺寸為80mm(wr)×40mm(lr)×580mm(hr)的有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，在貼進(jìn)反應(yīng)器兩側(cè)壁邊的位置放置尺寸為500mm(h3)×6mm(d)，彎折角度β為20°的褶皺絕緣塑料片，維持陽極和陰極之間的距離為4mm。

比較例：

為了與實(shí)施例1中的電極面積保持一致，比較例中將孔徑規(guī)格為50目的304不銹鋼網(wǎng)裁剪成尺寸為80mm×490mm的不銹鋼網(wǎng)片6片，將6片平板電極浸泡在乙醇：丙酮＝1(體積比)的混合液中，在室溫超聲條件下清洗15min；將清洗后的電極蘸干后置于濃度為1mol/l的h2so4溶液中，在室溫條件下浸泡24h，然后取出電極，用去離子水沖洗3次后蘸干。在電極上打孔，孔直徑為8mm，選用直徑為2mm的鈦絲，將鈦絲一端用工具制作成一直徑為8mm的圓環(huán)狀，將鈦絲的圓環(huán)狀與電極上的孔用m8的塑料螺絲進(jìn)行連接。在剩余的鈦絲上套一層熱縮管，并在另一端裸露出10cm長鈦絲，并將整個(gè)作為電流集流器。將所制得的兩片電極置于尺寸為80mm(長)×36mm(寬)×580mm(高)的反應(yīng)器中，在貼進(jìn)反應(yīng)器兩側(cè)壁邊的位置放置尺寸為500mm(h3)×2mm(d)的褶皺絕緣塑料片，維持陽極和陰極之間的距離為2mm。并將陽極和陰極同外加電源5、外電阻4以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，形成生物電化學(xué)設(shè)備。成功組裝后，利用li2so4作為示蹤劑，采用離子示蹤法對(duì)內(nèi)置褶皺電極的生物電化學(xué)設(shè)備在理論水力停留時(shí)間分別為2h、4h、6h和8h條件下li⁺的停留時(shí)間分布曲線進(jìn)行表征。進(jìn)行流態(tài)表征后，向生物電化學(xué)設(shè)備中接種污泥10ml，然后在外加電壓為0.5v條件下進(jìn)行馴化培養(yǎng)，以原位富集培養(yǎng)陽極電極模塊微生物。實(shí)驗(yàn)過程中使用添加有100mg/l的酸性橙7(ao7)的市政污水作為驗(yàn)證本實(shí)例對(duì)難降解有機(jī)污染物在理論水力停留時(shí)間為2h、4h、6h和8h條件下的降解效能。

接下來，驗(yàn)證生物電化學(xué)設(shè)備水力流態(tài)特征：

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的電極與現(xiàn)有電極對(duì)改善生物電化學(xué)設(shè)備停留時(shí)間分布曲線圖，如圖7所示，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得到的停留時(shí)間分布曲線(rtd)相比于比較例中的停留時(shí)間分布曲線來講：比較例中rtd的峰值出現(xiàn)在0.35θ時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中rtd的峰值有所延遲，分別出現(xiàn)在0.57θ、0.61θ和1.26θ；比較例中的rtd出現(xiàn)多個(gè)小峰，說明比較例中存在著溝流或多流道現(xiàn)象，而實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中此種現(xiàn)象有所緩解。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的電極和現(xiàn)有電極對(duì)改善生物電化學(xué)系實(shí)際停留時(shí)間比較圖，如圖8所示，當(dāng)實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例的進(jìn)水速率固定在不同的理論hrt(2、4、6和8h)時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得到的實(shí)際停留時(shí)間/理論停留時(shí)間均要大于1，實(shí)施例要遠(yuǎn)小于1，當(dāng)理論hrt為2h時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例的實(shí)際停留時(shí)間/理論停留時(shí)間值分別為1.23、1.06、1.09和0.75；當(dāng)理論hrt為4h時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例的實(shí)際停留時(shí)間/理論停留時(shí)間值分別為1.24、1.13、1.10和0.83；當(dāng)理論hrt為6h時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例的實(shí)際停留時(shí)間/理論停留時(shí)間值分別為1.36、1.14、1.05和0.88；當(dāng)理論hrt為6h時(shí)，實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例的實(shí)際停留時(shí)間/理論停留時(shí)間值分別為1.24、1.15、1.06和0.84。

以上的結(jié)果說明：相比于比較例，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中的反應(yīng)器死體積極大程度的減少、增加了反應(yīng)器空間利用率、延長了污染物在反應(yīng)器的實(shí)際停留時(shí)間。所以本發(fā)明也說明生物電化學(xué)設(shè)備的水流流態(tài)特征可以通過內(nèi)置褶皺電極的方法得到極大的改善。

接著，驗(yàn)證生物電化學(xué)設(shè)備有機(jī)污染物的去除：

圖9為發(fā)明實(shí)施例的電極和現(xiàn)有電極在生物電化學(xué)設(shè)備處理ao7的混合型廢水對(duì)染料的去除效能比較圖，如圖9所示，實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和比較例中所述的內(nèi)置褶皺電極調(diào)整流態(tài)的生物電化學(xué)設(shè)備在處理含難降解污染物的廢水時(shí)，當(dāng)控制進(jìn)水中ao7濃度為100mg.l-1左右，通過逐步縮小水力停留時(shí)間(hrt)的方式來提高染料負(fù)荷，在連續(xù)實(shí)驗(yàn)過程中hrt控制為8h、6h、4h和2h四個(gè)階段，這四個(gè)階段對(duì)應(yīng)的染料負(fù)荷分別為300g.m^-3.d^-1、400g.m^-3.d^-1、600g.m^-3.d^-1和1200g.m^-3.d^-1；實(shí)施例1的ao7去除率分別為89.91±0.43％、85.48±1.98％、63.48±1.43％和52.57±1.66％；實(shí)施例2中的ao7去除率分別為91.08±0.75％、84.70±3.64％、75.54±3.49％和62.6±21.48％；實(shí)施例3中的ao7去除率分別為76.56±0.75％、74.03±3.64％、61.04±3.49％和43.18±1.48％；然而比較例中ao7去除率分別為52.37±2.41％、49.94±3.68％、35.71±2.01％和22.61±0.42％。上述結(jié)果可以顯著驗(yàn)證本實(shí)例中通過內(nèi)置褶皺電極調(diào)整流態(tài)的生物電化學(xué)設(shè)備在處理廢水時(shí)的優(yōu)勢。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。