專利名稱：一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水脫氮處理反應(yīng)器領(lǐng)域，尤其是一種采用復(fù)三維電極生物膜法強化微電解脫氮的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)生物脫氮工藝把硝化和反硝化作為兩個獨立的階段分別安排在不同的 反應(yīng)器中(空間上)或者利用間歇的好氧和厭氧條件(時間上)實現(xiàn)氮素的脫除，因此也往 往造成脫氮系統(tǒng)復(fù)雜，能耗較大，且運行管理不便。然而，近幾年人們在許多實際運行的好 氧硝化池中常常發(fā)現(xiàn)有總氮損失，這其中除了部分氮素同化為微生物細(xì)胞外，還有很大一 部分可能是ffl過同步 肖^liSiftftl (Simultaneous nitrification and denitrification, SND)作用去除的。專利號為200620158454. 2的發(fā)明專利公開了一種A2/0氧化溝工藝同步硝化反硝 化控制裝置，該裝置采用對氧化溝不同的部位進行曝氣，從而將裝置分隔成若干個好氧區(qū) 和厭氧區(qū)，使硝化菌和反硝化菌分別在好氧區(qū)和厭氧區(qū)進行作用。但是硝化菌需要高溶解 氧、低COD的環(huán)境，而反硝化菌需要的是低溶解氧、高COD的環(huán)境，該裝置無法保證有機物的 濃度，而且，硝化細(xì)菌產(chǎn)生的硝酸鹽對反硝化細(xì)菌具有抑制作用，因此，該裝置不僅具有較 高的能耗，而且脫氮效果并不是很明顯。申請?zhí)枮?00810010377. X的發(fā)明專利公開了一種可實現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮功 能的膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器系統(tǒng)、膜組件和溶氧電極、PH電極等在線監(jiān)測元件。雖然該 裝置可根據(jù)微生物絮體的內(nèi)外表面DO的不同來同步進行硝化反硝化反應(yīng)，但是該反應(yīng)的 反硝化反應(yīng)以有機物為反應(yīng)底物，因此仍然無法控制反硝化強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，采用三維電極不僅促使微生物掛 膜、提高電流利用率，而且在電場作用下提高脫氮效率。一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，包括池體、電極板、粒子電極、曝氣裝置和穩(wěn)流 變壓器。池體兩端分別設(shè)有進水口和出水口；反應(yīng)器所設(shè)電極板包括陽極和陰極，陽極設(shè)在 池體中心部分，所用材料可以是析氧電位低于0. 2v的惰性金屬材料，如鈦板、鈦基鍍二氧 化鉛、鈦基鍍二氧化釕板等；陰極環(huán)繞陽極設(shè)置在靠近池壁處，所用材料為惰性電極，如石 墨、不銹鋼等；陽極和陰極分別接在穩(wěn)流變壓器的正極和負(fù)極；所述的穩(wěn)流變壓器的直流 電壓在4 12V間可調(diào)，直流電流強度控制在5 40mA，通過對電流的調(diào)節(jié)進而調(diào)控原子 態(tài)氫的產(chǎn)生速率，從而實現(xiàn)硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的反應(yīng)動力學(xué)平衡，實現(xiàn)同步硝化反硝 化作用的最大化。陰陽極間距為陽極電極直徑的5 15倍。在陰、陽電極之間填充著大量 的粒子電極，該粒子電極由殼質(zhì)活性炭顆粒脫活改性而來，其表面涂有醋酸纖維素，粒徑為 1 3mm，在反應(yīng)器中的粒子配比率為20% 40%。所述的曝氣裝置包括設(shè)在池體底部的微孔曝氣器和與微孔曝氣器相連的空氣泵。
本發(fā)明所述的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器用惰性金屬電極代替常規(guī)的石墨電極， 球形改性活性炭顆粒懸浮在主反應(yīng)器的陰陽兩極間，形成粒子電極，構(gòu)成三維電極，具有以 下優(yōu)點(1)活性炭粒子電極能吸附污染物，使污染物能快速被生物膜吸附，進而實現(xiàn)同步 硝化反硝化作用；(2)粒子電極在微電場作用下表面帶有電荷，能加速微生物在其表面附 著，能避免產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象；(3)粒子電極在補氧裝置的帶動下以流化態(tài)形式運行，因此 可降低污染物在生物膜內(nèi)的傳質(zhì)阻力，提高廢水的處理效率；(4)微粒電極在微電場作用 下，在其表面能同時產(chǎn)生原子態(tài)氫和氧，因此能更有效地進行同步硝化反硝化反應(yīng)。同時利用電解時在粒子電極表面產(chǎn)生的原子態(tài)氧及外加空氣補氧裝置，在系統(tǒng)內(nèi) 部形成限氧環(huán)境(-lOOmv < 0RP < lOOmv)，從而實現(xiàn)對硝化作用的調(diào)控；利用粒子電極表 面產(chǎn)生原子態(tài)氫，替代有機物成為反硝化作用的電子供體，并可通過對電流強度的調(diào)節(jié)實 現(xiàn)自養(yǎng)反硝化作用的調(diào)控。該裝置將由氫自養(yǎng)型反硝化作用替代或部分替代異養(yǎng)反硝化作 用，將硝化過程和反硝化過程分開調(diào)控，實現(xiàn)自養(yǎng)型同步硝化反硝化脫氮，結(jié)構(gòu)緊湊簡單、 占地面積小、電流利用率高、微生物掛膜快、可同時去除有機物、氨氮等多種污染物、脫氮效 率高、能耗低、便于調(diào)控，是一種集生物、微電解于一體的復(fù)三維電極生物膜生活污水處理
直o整個裝置視進水水質(zhì)情況合理調(diào)配穩(wěn)流變壓計的電壓，使最終出水水質(zhì)達到《城 鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為本發(fā)明裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，如圖1、2所示，包括池體1、電極、改性活性炭粒 子電極9、曝氣裝置8和穩(wěn)流變壓器7。池體1兩端分別設(shè)有進水口 2和出水口 4 ；電極包 括陽極5和陰極3，陽極5設(shè)在池體1中心部分，陰極3圍繞陽極5環(huán)繞一圈，設(shè)置在靠近池 壁處，陽極5所用材料為鈦板，陰極3所用材料為石墨；陽極5和陰極3分別接在穩(wěn)流變壓 器7的正負(fù)極；在陽極5與陰極3之間填充有球形改性活性炭粒子電極9 ；曝氣裝置包括設(shè) 在池體1底部的微孔曝氣器6和與微孔曝氣器6相連的空氣泵8 ；池體1最右端的上端設(shè) 有出水口 4。待處理污水從進水口 2流入池體1內(nèi)，陰極3和陽極5分別接穩(wěn)流變壓器7的負(fù)極 和正極構(gòu)成三維電極，不僅產(chǎn)生的直流微電場促進污水中的微生物水平遷移和生長繁殖， 有效促進微生物在球形改性活性炭粒子電極9表面附著掛膜，而且使每個球形改性活性炭 粒子電極9與陰極3、陽極5之間構(gòu)成無數(shù)多個微電場，在其表面產(chǎn)生的原子態(tài)氧和原子態(tài) 氫為硝化菌、反硝化菌提供充足的電子受體和電子供體，通過對溶解氧和電流強度的調(diào)控 分別控制硝化反應(yīng)速率和反硝化反應(yīng)速率，最終實現(xiàn)同步硝化反硝化作用。反應(yīng)器底部的 微孔曝氣器6進行曝氣，主要是為了在系統(tǒng)內(nèi)形成限氧環(huán)境，通過調(diào)節(jié)溶解氧濃度實現(xiàn)對 硝化反應(yīng)速率的調(diào)控，提高整個裝置同步硝化反硝化的脫氮效率，最后經(jīng)出水口 4排出的
4出水進入二沉池進行沉淀，達到泥水分離和載體回流的目的，經(jīng)上述處理后的污水達到國 家標(biāo)準(zhǔn)，排入江河、湖泊。實施例2反應(yīng)器結(jié)構(gòu)同實施例1，陽極5采用鈦基鍍二氧化鉛材料，陰極3采用不銹鋼材料。 處理流程同實施例1。利用陽極為鈦基鍍二氧化鉛材料，陰極為不銹鋼材料的復(fù)三維電極_生物膜反應(yīng) 器直接處理 COD 為 45mg/L、NH3_N = 30mg/L、TN 為 40mg/L 的模擬廢水，在 T = 28°C，DO = 1. 2mg/L, HRT = 8h, I = 25mA 條件下，出水 COD 為 30mg/L，TN = 3. 2mg/L, NH3_N = 1. 9mg/ L0實施例3反應(yīng)器結(jié)構(gòu)同實施例1，陽極5采用鈦基鍍二氧化釕板材料，陰極3采用石墨材料。 處理流程同實施例1。利用陽極為鈦基鍍二氧化釕材料，陰極為石墨材料的復(fù)三維電極_生物膜反應(yīng)器 直接處理COD為45mg/L、NH3-N = 30mg/L、TN為40mg/L的模擬廢水，在與案例二相同的條件 下T = 28°C, DO = 1. 2mg/L, HRT = 8h, I = 25mA 進行，出水 COD 為 26mg/L，TN = 1. lmg/ L, NH3-N = 0. 82mg/L。
權(quán)利要求
一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，包括池體、電極板、粒子電極、曝氣裝置和穩(wěn)流變壓器，其特征在于池體兩端分別設(shè)有進水口和出水口；所述電極板包括陽極板和陰極板，陽極板設(shè)在池體中心部分，陰極板環(huán)繞陽極設(shè)置在靠近池壁處，陽極和陰極分別接在穩(wěn)流變壓器的正極和負(fù)極；在陰、陽電極之間填充有粒子電極；曝氣裝置包括設(shè)在池體底部的微孔曝氣器和與微孔曝氣器相連的空氣泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，其特征在于所述的陰極和陽 極的間距為陽極電極直徑的5-15倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，其特征在于所述的陽極材料 為析氧電位低于0. 2v的惰性金屬材料；所述的陰極材料為惰性電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，其特征在于所述的陽極材料 可以為鈦板、鈦基鍍二氧化鉛或鈦基鍍二氧化釕板；所述的陰極材料可以為石墨或不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，其特征在于所述的粒子電極 由殼質(zhì)活性炭顆粒脫活改性而來，其表面涂上涂有醋酸纖維素，粒徑為1 3mm，在反應(yīng)器 中的粒子配比率為20% -40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，其特征在于所述的穩(wěn)流變壓 器的直流電壓在4 12V間可調(diào)，直流電流強度控制在5-40mA。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器，包括池體、電極板、粒子電極、曝氣裝置和穩(wěn)流變壓器。池體兩端分別設(shè)有進水口和出水口，電極板包括設(shè)在池體中心部分的陽極和環(huán)繞陽極設(shè)置在靠近池壁處的陰極，陽極和陰極分別接在穩(wěn)流變壓器的正負(fù)極；在陽極與陰極之間填充有粒子電極；曝氣裝置包括設(shè)在池體底部的微孔曝氣器和與微孔曝氣器相連的空氣泵。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊簡單、占地面積小、電流利用率高、微生物掛膜快、可同時去除有機物、氨氮等多種污染物、脫氮效率高、能耗低、便于調(diào)控，是一種集生物、微電場于一體的復(fù)三維電極生物膜生活污水處理裝置。
文檔編號C02F3/12GK101857309SQ201010201140
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者馮華軍, 馮小晏, 郭夢婷, 錢鈺潔 申請人:浙江工商大學(xué)