本發(fā)明涉及尿液處理反應(yīng)器開(kāi)發(fā)及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種生態(tài)多陰極尿液處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境保護(hù)和能源短缺是現(xiàn)今世界面臨的兩大難題。我國(guó)正處于并將長(zhǎng)期處于工業(yè)化、城市化進(jìn)程快速發(fā)展的階段，其粗獷型的發(fā)展以及排水體系的無(wú)規(guī)則建設(shè)致使廢水處理成為我國(guó)環(huán)境治理的瓶頸問(wèn)題。

在傳統(tǒng)廢水處理過(guò)程中，廢水處理廠投入大量的能量來(lái)去除和回收營(yíng)養(yǎng)元素(氮和磷)。其中，含氮化合物通過(guò)轉(zhuǎn)化成惰性氮?dú)獗蝗コ?；而磷則多以磷酸鹽等沉淀形式從系體重脫離出來(lái)。然而，生活污水中大約有80％的氮、50％的磷和10％的COD是來(lái)源于人類(lèi)的尿液，而這些尿液卻僅占生活污水總體積的1％。如能將生活污水中的有機(jī)物(COD)、氮、磷等劣質(zhì)能源和資源回收利用，不僅能極大降低廢水處理負(fù)荷，降低處理成本，還能回收能量和資源，對(duì)環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)發(fā)展都具有重大意義

微生物燃料電池(Microbial fuel cells,MFCs)和微生物電解池(Microbial electrolysis cells,MECs)是新興的生物電化學(xué)技術(shù)，能在處理廢水的同時(shí)回收清潔能源和資源。該類(lèi)技術(shù)通過(guò)負(fù)載于陽(yáng)極表面的產(chǎn)電菌(Exoelectrogen)降解有機(jī)物或的電子，并通過(guò)電子中介體或納米導(dǎo)線將電子傳遞給陽(yáng)極，電子通過(guò)外接電路產(chǎn)生電能，而其中MECs則能在外加電源作用下使陰極產(chǎn)生氫氣。該類(lèi)技術(shù)具有降污效率高、耗能小、無(wú)二次污染和回收清潔能源等特點(diǎn)，符合環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的理念。

專(zhuān)利CN201110029516.5提供了一種尿液在稀釋10倍以上通過(guò)硝化微生物處理，再在脫氮反應(yīng)器中微生物的作用下實(shí)現(xiàn)氮的去除。該方法是一種耗能凈化方法，大量稀釋后排入污水中的污染物總量有所增加且無(wú)資源回收。

專(zhuān)利CN201210128854.9提供了一種通過(guò)投加經(jīng)過(guò)特殊處理的褐鐵礦，在外加磁場(chǎng)的作用下得到磁性有機(jī)復(fù)合納米脫氮材料，該方法僅僅考慮了怎樣避免氨氮的二次污染，沒(méi)有很好的回收資源?，F(xiàn)有的尿液廢水處理技術(shù)中，沒(méi)有較成熟的技術(shù)方案。

專(zhuān)利CN201210131068.4公開(kāi)了一種膜生物反應(yīng)器與污水處理裝置組聯(lián)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決現(xiàn)有的利用附加電場(chǎng)控制膜污染的工藝存在的高電場(chǎng)處理費(fèi)用高，抑制微生物活性，污泥處理的問(wèn)題。然而，該系統(tǒng)運(yùn)用了鈦絲、不銹鋼等金屬建材作為電極材料，存在成本高，易腐蝕等缺點(diǎn)，且該類(lèi)反應(yīng)器所需陰極消耗劑增大了成本投入。

因此，利用先進(jìn)的生物電化學(xué)技術(shù)，開(kāi)發(fā)一種低能耗、高效率、且能回收氨氮等資源的裝置和方法是必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種生態(tài)多陰極尿液處理裝置和方法，該裝置不僅能高效去除尿液當(dāng)中的COD，還能回收氨氮、氫氣等資源，且該處理方法無(wú)需外加能源投入，無(wú)二次污染，是一種符合環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的概念型尿液處理裝置和方法。

一種生態(tài)多陰極尿液處理裝置，包括三室反應(yīng)器、儲(chǔ)尿罐、氨氣吸收罐和儲(chǔ)氫罐，所述三室反應(yīng)器包括位于中間的陽(yáng)極室和位于陽(yáng)極室兩側(cè)的陰極室，陽(yáng)極室和兩個(gè)陰極室之間由陽(yáng)離子交換膜分隔，所述陽(yáng)極室設(shè)有尿液進(jìn)、出口，所述陰極室的氣體出口依次連接氨氣吸收罐和儲(chǔ)氫罐；

所述陽(yáng)極室內(nèi)設(shè)置果皮電極，所述陰極室內(nèi)設(shè)置污泥電極，兩個(gè)污泥電極并聯(lián)后與果皮電極串聯(lián)，每個(gè)污泥電極的支路上設(shè)有一個(gè)與污泥電極串聯(lián)的光伏電池板；

所述陰極室未與陽(yáng)極室相連的所有側(cè)面上均覆有空氣陰極，所述空氣陰極內(nèi)側(cè)負(fù)載陰離子交換膜以與溶液相隔開(kāi)，所有空氣陰極并聯(lián)后與果皮電極串聯(lián)。

所有空氣陰極均與污泥陰極并聯(lián)，即本發(fā)明的裝置中設(shè)設(shè)置一個(gè)陽(yáng)極，所有的陰極相互獨(dú)立且全部并聯(lián)，并連后與陽(yáng)極連接。

碳化果皮陽(yáng)極與污泥陰極之間通過(guò)導(dǎo)線串聯(lián)光伏電池板，為陰極產(chǎn)氫提供額外電壓。

本發(fā)明的反應(yīng)器沿長(zhǎng)度方向依次為左室、中間室和右室，左、右室與中間室之間由陽(yáng)離子膜隔開(kāi)，所有空氣陰極與污泥電極之間通過(guò)導(dǎo)線并聯(lián)連接，并聯(lián)后與果皮電極連接在夜晚無(wú)光照條件下，陽(yáng)極產(chǎn)電菌通過(guò)降解COD產(chǎn)生電子并提升NH₄⁺濃度，氧氣通過(guò)空氣陰極接受陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)的電子生成OH^-，OH^-擴(kuò)散至陰極室與NH₄⁺反應(yīng)生成NH₃氣體溢出，通過(guò)稀酸溶液回收NH₃，尿液得到初步預(yù)處理；碳化果皮陽(yáng)極與活性污泥陰極之間由導(dǎo)線連接并串聯(lián)連接一塊光伏電池板，在白天有光照條件下，光伏電池板產(chǎn)生電壓累加尿液處理時(shí)產(chǎn)生的電壓，使陰極室處理后尿液電解析氫，氫氣通過(guò)儲(chǔ)氫氣罐回收，同時(shí)經(jīng)初步預(yù)處理后的尿液得到強(qiáng)化處理。該方法在無(wú)外加能耗的基礎(chǔ)上達(dá)到既高效處理尿液、又回收清潔能源氫氣和氨氮資源的目的。

優(yōu)選地，所述陰極室的未與陽(yáng)極室相連的所有側(cè)面上均覆有空氣陰極，每個(gè)空氣陰極內(nèi)側(cè)負(fù)載陰離子交換膜。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述陰極室具有6個(gè)面，其中不與陽(yáng)極室相連的五個(gè)面上均設(shè)置空氣陰極。

優(yōu)選，所述果皮電極由如下方法制備：

(1)將廢棄果皮切割成型，自然條件下風(fēng)干20～30h；

(2)切割風(fēng)干后的果皮在氮?dú)夥諊?0～90℃烘干0.5～2h；

(3)在氮?dú)夥諊?，控制溫?00～1000℃，將果皮碳化，碳化完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫，備用。

進(jìn)一步優(yōu)選地，由如下方法制備：

(1)將廢棄果皮切割成型，自然條件下風(fēng)干24h；

(2)切割風(fēng)干后果皮在氮?dú)夥諊?0℃烘干1h；

(3)在氮?dú)夥諊?，控制溫?00℃，將果皮碳化，碳化完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫，備用。

優(yōu)選地，所述廢棄果皮包括西瓜皮、柚子皮、秸稈等及不在上述范圍內(nèi)可能作為陽(yáng)極的果皮和農(nóng)業(yè)廢棄物。進(jìn)一步優(yōu)選，所述果皮陽(yáng)極為碳化柚子皮，原料量大，碳化后呈海綿狀，孔隙多，具有良好的導(dǎo)電性，利于微生物掛膜和電子導(dǎo)出。

優(yōu)選地，所述污泥電極為碳化污泥電極，由如下方法制備：

(1)污泥在烘箱中40～60℃烘干1～3h后進(jìn)行機(jī)械破碎；

(2)破碎后的污泥過(guò)80～120目篩網(wǎng)，去除污泥中的大顆粒物；

(3)將過(guò)濾后的污泥與占污泥質(zhì)量5～20％的雙氧水雙氧水混合，制備初始電極；

(4)初始電極在氮?dú)夥諊聼Y(jié)，控制溫度800～1200℃，持續(xù)1～3h，加熱完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述污泥電極由如下方法制備：

(1)污泥在烘箱中50℃烘干2h后進(jìn)行機(jī)械破碎；

(2)破碎后污泥使用100目篩網(wǎng)過(guò)濾，去除污泥中的大顆粒物；

(3)將過(guò)濾后污泥與雙氧水混合，制備初始電極；

(4)在氮?dú)夥諊聼Y(jié)，控制溫度1000℃，持續(xù)2h，加熱完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫。

優(yōu)選地，所述污泥包括剩余污泥、城市污泥、農(nóng)業(yè)廢棄等及不在上述范圍內(nèi)可能作為陽(yáng)極的污泥、糞便。進(jìn)一步優(yōu)選為污水廠剩余污泥電極，原料巨大，污泥成分復(fù)雜，碳化后具有良好的導(dǎo)電性能及催化性能，運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)二次污染。

本發(fā)明中優(yōu)選地，所用果皮電極和污泥電極均為本發(fā)明原創(chuàng)電極，果皮電極具有高比表面積和良好的導(dǎo)電率能提高產(chǎn)電性能，同時(shí)污泥電極中的重金屬、活性官能團(tuán)等催化效果提升陰極還原性能，果皮電極和污泥電極協(xié)同使用，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，達(dá)到低能耗高效率處理尿液廢水的的目的。

優(yōu)選地，空氣陰極材料為載鉑碳布、碳紙或自制備電極。進(jìn)一步優(yōu)選為自制備電極，該電極由防水的透氣白膜、催化黑膜、不銹鋼網(wǎng)壓制而成相比于載鉑碳布或碳紙制作成本低，同時(shí)三維結(jié)構(gòu)可提供大量氧氣還原界面，減少水通過(guò)陰極的損失。

優(yōu)選地，空氣陰極制備方法如下：

(1)活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)按3：(3～4)：(3～4)質(zhì)量比混合后于不銹鋼網(wǎng)上壓制成厚度為0.2～0.3mm的膜；

(2)還原法將Ag等催化劑負(fù)載于步驟(1)所得的膜表面；

(3)硫酸鈉和PTFE按(3～4)：(6～7)質(zhì)量比混合后壓制于步驟(2)所得的電極上；

(4)陰離子交換膜在140℃和1780kPa條件下處理3min，直接熱壓到步驟(3)制得的陰極上即得。

所述催化劑為Ag等，所述還原法為：在0.1M AgNO₃溶液中，以銀電極為陽(yáng)極，步驟(1)所得陰極的其中一面為陰極，5～6V電壓電解還原。

空氣陰極的應(yīng)用能夠解決因使用陰極消耗劑而增大該技術(shù)處理成本；然而以往專(zhuān)利中的裝置多只用一個(gè)面的空氣陰極，使得陰極成為系統(tǒng)限速步驟。本發(fā)明中的裝置，采用雙向多面空氣陰極并聯(lián)組合，解決了其因面積受限而成為廢水處理與能源回收的限速步驟的問(wèn)題，方法原理簡(jiǎn)單，但意義重大。

所述陽(yáng)極室和陰極室(單個(gè))體積比為1:0.2～1:2。

所述陰極室?guī)в袣怏w出口，氣體出口依次連接氨氣吸收罐和儲(chǔ)氫罐，混合氣體通過(guò)氨氣吸收罐時(shí)，吸收罐內(nèi)的吸收液將氨氣吸收，氫氣繼續(xù)進(jìn)入儲(chǔ)氫罐中進(jìn)行儲(chǔ)存。

本發(fā)明還提供一種利用所述生態(tài)多陰極尿液處理裝置處理尿液的方法，包括如下步驟：

(1)陽(yáng)極室接種菌液，成功掛膜后向陽(yáng)極室連續(xù)送入常溫厭氧發(fā)酵8～12天(優(yōu)選10天)的尿液，陰極室內(nèi)盛裝電解液；

(2)在無(wú)光照條件下，陽(yáng)極產(chǎn)電菌通過(guò)降解COD產(chǎn)生電子并提升NH₄⁺濃度，氧氣通過(guò)空氣陰極接受陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)的電子生成OH^-，OH^-擴(kuò)散至陰極室與NH₄⁺反應(yīng)生成NH₃氣體溢出，通過(guò)稀酸溶液回收NH₃；陽(yáng)極室內(nèi)初步處理后的尿液導(dǎo)出后暫存；

(3)在有光條件啟動(dòng)光伏電池板，提供穩(wěn)定的電壓，經(jīng)步驟(2)初步處理后的尿液再次連續(xù)送入陽(yáng)極室內(nèi)，陽(yáng)極產(chǎn)電菌通過(guò)降解有機(jī)質(zhì)獲得電子，并將電子傳遞給污泥陰極，提供電壓，陰極室電解液中H⁺獲得電子還原成H₂，從陰極室導(dǎo)出至儲(chǔ)氫罐中；

(4)經(jīng)陽(yáng)極室徹底凈化后的尿液由排水管導(dǎo)出，其中一部分用作陰極室的電解液。

本發(fā)明中直接采用經(jīng)本發(fā)明方法凈化后的尿液作為陰極電解液，在處理結(jié)束后，陰極室內(nèi)作為電解液的尿液由排水管排出。

優(yōu)選地，光伏電池板所提供的電壓為0.7～1.0V。

優(yōu)選地，開(kāi)啟光伏電池板后常溫條件(20～40℃)下啟動(dòng)反應(yīng)器。

優(yōu)選地，所述菌液由COD濃度為4000～6000mg/L的有機(jī)廢水與產(chǎn)電菌液以體積比(3～5)：1組成。

進(jìn)一步地，所述菌液由COD濃度為5000mg/L有機(jī)廢水與產(chǎn)電菌液以體積比1：4組成。

本發(fā)明所用產(chǎn)電菌為常規(guī)產(chǎn)電菌，例如Geobacteraceae species和Shewanella species等

優(yōu)選地，陽(yáng)極室進(jìn)尿流量和出尿流量為0.1～0.5m³/(m³·d)，考慮COD去除效率和去除效果，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3m³/(m³·d)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(1)之前增加裝置啟動(dòng)階段：陰極加入M9電解液，陽(yáng)極室接種菌液，菌液由含有5000mg/L有機(jī)質(zhì)的廢水混合液與產(chǎn)電菌液1：4(體積比)組成，開(kāi)啟光伏電池板，30℃條件下啟動(dòng)反應(yīng)器，啟動(dòng)時(shí)間約1～7天；

啟動(dòng)階段以M9電解液作陰極室的電解液，正常運(yùn)行中以本發(fā)明方法徹底凈化后的尿液作為陰極室電解液。

裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，將尿液以0.3m³/(m³·d)的流量于白天黑夜兩時(shí)段兩次連續(xù)送入陽(yáng)極室，陽(yáng)極電極上微生物獲得充足碳源，COD得到有效降解；陰極室根據(jù)pH值定期更換電解液(即處理后的尿液)。本發(fā)明陽(yáng)極電極采用碳化果皮電極，利用生活垃圾中果皮為原料，經(jīng)一系列處理獲得高比表面積、高導(dǎo)電率、高生物兼容性的陽(yáng)極；陰極電極采用污水廠剩余污泥，經(jīng)一系列處理獲得活性污泥陰極，變廢為寶。

本發(fā)明利用負(fù)載于陽(yáng)極表面的電活性微生物降解有機(jī)廢水中的COD產(chǎn)生電子，夜晚無(wú)光照條件下，尿液連續(xù)送入陽(yáng)極室，將完全處理后的尿液作為電解質(zhì)送入陰極室，陽(yáng)極產(chǎn)電菌通過(guò)降解COD產(chǎn)生電子并提升NH₄⁺濃度，氧氣通過(guò)空氣陰極接受陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)的電子生成OH^-，OH^-擴(kuò)散至陰極室與NH₄⁺反應(yīng)生成NH₃氣體溢出，尿液得到初步預(yù)處理；在白天光照條件下，初步處理尿液再次連續(xù)送入陽(yáng)極室，空氣陰極持續(xù)發(fā)揮作用，電子經(jīng)外電路導(dǎo)出產(chǎn)生0.3～0.6V的電壓，光伏電池板在光照條件下額外提供0.7～1.0V電壓，電解陰極室完全處理后的尿液的得到H₂，進(jìn)一步提升提高陰極室堿度，更多NH₃氣體溢出，通過(guò)稀酸溶液洗滌回收NH₃，H₂通過(guò)儲(chǔ)氫罐回收，尿液得到完全處理。完全處理后的尿液可作為陰極電解液使用。

本發(fā)明結(jié)合MFCs和MECs這兩種新興生物電化學(xué)技術(shù)，利用離子擴(kuò)散等原理，在處理尿液的同時(shí)獲得清潔能源和寶貴資源，符合環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的理念；更具意義的是，整套裝置投入成本低廉，將果皮、剩余污泥等固體廢棄物變廢為寶，達(dá)到已廢治污的功效，頗具創(chuàng)新性。

本發(fā)明在電極材料上采用固體廢棄物，陽(yáng)極材料和陰極材料分別由廢舊果皮、剩余污泥制備，達(dá)到以廢治污的目的。處理工藝上，本發(fā)明耦合MECs和MFCs系統(tǒng)于三室反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)一體化，處理尿液的同時(shí)回收資源NH₃和清潔能源H₂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下效果：

(1)陰極室壁采用空氣陰極，實(shí)現(xiàn)空氣中的O₂為直接電子受體，無(wú)需陰極消耗劑，大大減少成本投入；

(2)碳化果皮陽(yáng)極和碳化污泥陰極間串聯(lián)一光伏電池板，太陽(yáng)光條件下，處理尿液同時(shí)獲得H₂；

(3)陽(yáng)極室內(nèi)陽(yáng)極材料、陰極室內(nèi)陰極材料分別采用碳化果皮和剩余污泥，減輕垃圾處理負(fù)荷，同時(shí)解決剩余污泥量大，難處理等環(huán)境問(wèn)題；

(4)裝置耦合MECs和MFCs系統(tǒng)，高效處理尿液當(dāng)中的COD，并回收氨氮和H₂。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明陰極室的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明電極之間的連接示意圖。

1-儲(chǔ)氫罐 2-氨氣吸收罐 3-陰極室

4-空氣陰極 5-污泥電極 6-陽(yáng)離子交換膜

7-果皮電極 8-光伏電池板 9-陽(yáng)極室

10-陽(yáng)極室出口 11-陽(yáng)極室入口 12-儲(chǔ)尿罐

13-陰離子交換膜 14-光源。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，一種生態(tài)多陰極尿液處理裝置，包括三室反應(yīng)器、儲(chǔ)尿罐12、氨氣吸收罐2和儲(chǔ)氫罐1，三室反應(yīng)器為長(zhǎng)方體反應(yīng)器，內(nèi)部沿其長(zhǎng)度方向被陽(yáng)離子交換膜6分隔為三室，中間室為陽(yáng)極室9，陽(yáng)極室兩側(cè)均為陰極室3。

陽(yáng)極室?guī)в心蛞哼M(jìn)口11和尿液出口10，尿液進(jìn)口連接儲(chǔ)尿罐12，儲(chǔ)尿罐用于儲(chǔ)存原尿液，兩側(cè)的陰極室均帶有氣體出口，氣體出口均依次連接氨氣吸收罐2和儲(chǔ)氫罐1。

陽(yáng)極室內(nèi)設(shè)置果皮電極7；陰極室?guī)в须娊庖哼M(jìn)口和廢液出口，陰極室內(nèi)設(shè)置污泥電極5，陰極室不與陽(yáng)極室相連的5個(gè)側(cè)面上各設(shè)置一塊圓形的空氣陰極4，空氣陰極外側(cè)與空氣接觸，內(nèi)側(cè)負(fù)載陰離子交換膜13以與陰極室內(nèi)液體隔開(kāi)，陰極室的分解圖如圖2所示。

果皮電極與污泥電極及空氣陰極之間的連接方式如圖3所示(其中圖1中為了附圖清楚未按照實(shí)際的連接方式畫(huà)出，連接方式以圖3中為準(zhǔn))，兩個(gè)污泥電極并聯(lián)后與果皮電極串聯(lián)，每個(gè)污泥電極的支路上串聯(lián)一個(gè)光伏電池板8，10塊空氣陰極并聯(lián)且與污泥電極之間也并聯(lián)后與果皮電極串聯(lián)，即果皮電極為陽(yáng)極，兩個(gè)污泥電極及十塊空氣陰極之間相互獨(dú)立且都與果皮電極串聯(lián)，構(gòu)成回路。

光源14為光伏電池板提供光照，光源14可以為自然光也可以為光照燈等設(shè)備。

其中，所用果皮電極由如下方法制備：

(1)將廢棄果皮切割成型，自然條件下風(fēng)干20～30h；

(2)切割風(fēng)干后的果皮在氮?dú)夥諊?0～90℃烘干0.5～2h；

(3)在氮?dú)夥諊拢刂茰囟?00～1000℃，將果皮碳化，碳化完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫，備用。

本實(shí)施方式優(yōu)選地可由如下方法制備：

(1)將廢棄果皮切割成型，自然條件下風(fēng)干24h；

(2)切割風(fēng)干后果皮在氮?dú)夥諊?0℃烘干1h；

(3)在氮?dú)夥諊?，控制溫?00℃，將果皮碳化，碳化完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫，備用。

污泥電極為碳化污泥電極由如下方法制備：

(1)污泥在烘箱中40～60℃烘干1～3h后進(jìn)行機(jī)械破碎；

(2)破碎后的污泥過(guò)80～120目篩網(wǎng)，去除污泥中的大顆粒物；

(3)將過(guò)濾后的污泥與占污泥質(zhì)量5～20％的雙氧水雙氧水混合，制備初始電極；

(4)初始電極在氮?dú)夥諊聼Y(jié)，控制溫度800～1200℃，持續(xù)1～3h，加熱完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫。

本實(shí)施方式中優(yōu)選地，由如下方法制備：

(1)污泥在烘箱中50℃烘干2h后進(jìn)行機(jī)械破碎；

(2)破碎后污泥使用100目篩網(wǎng)過(guò)濾，去除污泥中的大顆粒物；

(3)將過(guò)濾后污泥與雙氧水混合，制備初始電極；

(4)在氮?dú)夥諊聼Y(jié)，控制溫度1000℃，持續(xù)2h，加熱完畢后在氮?dú)夥諊伦匀焕鋮s至室溫。

空氣陰極制備方法如下：

(1)活性炭、乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)按3：(3～4)：(3～4)質(zhì)量比混合后于不銹鋼網(wǎng)上壓制成厚度為0.2～0.3mm的膜；

(2)還原法將Ag等催化劑負(fù)載于步驟(1)所得的膜表面；

(3)硫酸鈉和PTFE按(3～4)：(6～7)質(zhì)量比混合后壓制于步驟(2)所得的電極上；

(4)陰離子交換膜在140℃和1780kPa條件下處理3min，直接熱壓到步驟(3)制得的陰極上即得。

所述催化劑為Ag等，所述還原法為：在0.1M AgNO₃溶液中，以銀電極為陽(yáng)極，步驟(1)所得陰極的其中一面為陰極，5～6V電壓電解還原。

處理過(guò)程及原理如下：

陽(yáng)極室掛膜微生物為產(chǎn)電菌，夜晚無(wú)光照條件下，尿液連續(xù)送入陽(yáng)極室，將完全處理后的尿液作為電解質(zhì)送入陰極室，陽(yáng)極產(chǎn)電菌通過(guò)降解COD產(chǎn)生電子并提升NH₄⁺濃度，氧氣通過(guò)空氣陰極接受陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)的電子生成OH^-，OH^-擴(kuò)散至陰極室與NH₄⁺反應(yīng)生成NH₃氣體溢出通過(guò)烯酸吸收，尿液得到初步處理；在白天光照條件下，初步處理尿液再次連續(xù)送入陽(yáng)極室，空氣陰極持續(xù)發(fā)揮作用，電子經(jīng)外電路導(dǎo)出產(chǎn)生0.3～0.6V的電壓，光伏電池板在光照條件下額外提供0.7～1.0V電壓，電解陰極室完全處理后的尿液的得到H₂，進(jìn)一步提升提高陰極室堿度，更多NH₃氣體溢出，通過(guò)稀酸溶液洗滌并回收NH₃，H₂通過(guò)儲(chǔ)氫罐回收，尿液得到完全處理。完全處理后的尿液可作為陰極電解液使用。

實(shí)施例1

陽(yáng)極降解室以0.3m³/(m³·d)流量入水COD濃度為12000mg/L，氨氮含量4500mg/L的尿液，陰極室進(jìn)水為處理完的尿液。按上述的方法控制電壓為0.7V穩(wěn)定運(yùn)行5天定時(shí)采集水樣分析COD降解情況，收集氫氣計(jì)算產(chǎn)氫量，以相同方法共運(yùn)行5個(gè)批次。

結(jié)果：廢水COD出水下降至450～600mg/L，氨氮含量降至60～75mg/L，每升尿液氫氣產(chǎn)量為8.20L-9.56L，每L尿液回收2g以上NH₄⁺-N。

實(shí)施例2

陽(yáng)極降解室以0.3m³/(m³·d)流量入水COD濃度為11000mg/L，氨氮含量為5000mg/L的尿液，陰極室進(jìn)水處理完的尿液。按上述的方法控制電壓為1.0V穩(wěn)定運(yùn)行5天定時(shí)采集水樣分析COD降解情況，收集氫氣計(jì)算產(chǎn)氫量，以相同方法共運(yùn)行5個(gè)批次。

結(jié)果：廢水COD出水下降至300～500mg/L，氨氮含量降至45～55mg/L，每升生活污水處理氫氣產(chǎn)量為10.11L-10.46L，每L尿液回收3g以上NH₄⁺-N。

以上所述僅為本發(fā)明專(zhuān)利的具體實(shí)施案例，但本發(fā)明專(zhuān)利的技術(shù)特征并不局限于此，任何相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專(zhuān)利范圍之中。