專利名稱：一種用于處理難降解化工廢水的三維電極—生物膜反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種污水處理裝置，更具體地講，涉及一種將生物膜與電極相結(jié)合的污水處理裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水資源短缺已成為全球面臨的共同挑戰(zhàn)，面對(duì)這一問題很多國(guó)家都把污水的再生利用作為解決水資源短缺的重要手段之一。長(zhǎng)期以來以活性污泥為代表的傳統(tǒng)生物處理工藝，在生活污水以及工業(yè)廢水的處理中 得到廣泛應(yīng)用，其具有處理工藝完善、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但也存在占地面積大，基 建投資大，產(chǎn)生大量剩余污泥等問題。工業(yè)廢水中含有大量高毒性、高濃度、難生化降解的物質(zhì)，這些物質(zhì)很難被傳統(tǒng)二級(jí)處理工藝去除，導(dǎo)致污水處理廠生化出水中仍含有一定濃度水平的有毒有害物質(zhì)，對(duì)水環(huán)境安全和人類的生存造成極大危害，亟需深度處理。為了克服這些問題，各種新型、高效的污水處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是將膜分離技術(shù)和生物處理工藝相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器(Membrane bioreactor, MBR)技術(shù)，因其取代傳統(tǒng)生物處理工藝中的二沉池，實(shí)現(xiàn)高污泥濃度運(yùn)行，且具有出水水質(zhì)好、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、占地面積小、污泥濃度高、剩余污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然MBR技術(shù)擁有許多傳統(tǒng)活性污泥法所不具有的優(yōu)點(diǎn)。但是，其能耗高、成本高仍是阻礙MBR發(fā)展的兩大瓶頸。高昂的膜價(jià)格以及頻繁的膜污染造成的膜組件清洗、更換是導(dǎo)致MBR運(yùn)行成本高的主要原因。而膜污染造成的膜使用壽命縮短、頻繁的化學(xué)清洗、膜通量下降以及操作費(fèi)用的增加等問題，大大限制了 MBR技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將電化學(xué)方法和生物膜方法相結(jié)合的反應(yīng)器，具有傳質(zhì)效率高，反應(yīng)區(qū)域大，處理效率高，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種用于處理難降解化工廢水的三維電極一生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極5、陰極6、活性炭生物膜7和反應(yīng)器本體11，其中所述反應(yīng)器本體11的底端設(shè)置有進(jìn)水口 10和排渣口 9，頂端設(shè)置有出水口 8 ；所述反應(yīng)器本體11中設(shè)置有隔板12,所述隔板12上設(shè)置有極板插座和均勻布水孔；所述陽極5和陰極6分別設(shè)置在隔板12的極板插座之中，并分別與電源的正極和負(fù)極相連接；所述陰極6上設(shè)置有活性炭纖維層14 ；所述陽極5和陰極6之間設(shè)置有活性炭生物膜層7。所述陽極5可以選用Ti/Pb02板。所述陰極6可以選用不銹鋼材料13。[0014]所述電源優(yōu)選為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。目前，污水深度處理技術(shù)中以物理化學(xué)手段居多。物理手段主要有混凝沉淀、膜過濾，吸附法，高級(jí)氧化技術(shù)如Fenton法、臭氧、光催化氧化、濕式氧化，以及電化學(xué)法等。電化學(xué)法，主要是利用電極反應(yīng)產(chǎn)生的如 OH、Cl2等物質(zhì)，對(duì)水中的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行直接氧化和間接氧化。三維電極，又稱粒子電極，是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)器，在傳統(tǒng)二維電解槽的電極間裝填粒狀工作電極材料，并使之帶電，成為第三極，并參加對(duì)有機(jī)污染物質(zhì)的去除反應(yīng)，具有傳質(zhì)效率高，反應(yīng)區(qū)域大，處理效率高，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案，將傳統(tǒng)的三維電極中第三極活性炭先放入活性污泥中進(jìn)行一段時(shí)間的浸泡，然后取出放回反應(yīng)器中，并向反應(yīng)器中投加葡萄糖進(jìn)行培養(yǎng)，使活性炭表面附著生長(zhǎng)生物膜形成活性炭生物膜層，利用其對(duì)電解后廢水進(jìn)一步處理 。此外，活性炭還可以作為催化劑，使電解過程產(chǎn)生的過氧化氫產(chǎn)生更多的羥基自由基，去除有機(jī)物。利用本實(shí)用新型的反應(yīng)器進(jìn)行污水處理時(shí)，進(jìn)水由儲(chǔ)水池I中經(jīng)恒流泵2從反應(yīng)器底部打入反應(yīng)器中，水流方向?yàn)樯魇剑?jīng)過隔板后，進(jìn)入陽極和陰極之間的活性炭生物膜層中，對(duì)本實(shí)用新型的反應(yīng)器通入少量的電流，并利用自由生長(zhǎng)在第三極上的微生物對(duì)廢水中的有機(jī)物的分解作用，較好程度的對(duì)化工生產(chǎn)中不達(dá)標(biāo)的二級(jí)出水進(jìn)行了深度處理，使之C0D&達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型的三維電極-生物膜反應(yīng)器具有以下特點(diǎn)(I)所述反應(yīng)器將電化學(xué)法和生物法兩大廢水處理工藝相結(jié)合，最大程度的降低了水中有機(jī)物含量；(2)所述反應(yīng)器利用生物膜對(duì)提高生化性的廢水進(jìn)一步處理，減少了電量的消耗，提高了電流效率，節(jié)省了電費(fèi)；(3)所述反應(yīng)器中的生物膜是微生物自由生長(zhǎng)在第三極活性炭表面的，不需要專門的接種工作，操作簡(jiǎn)便，易于運(yùn)行維護(hù)。

圖I是利用本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行污水處理的流程圖，其中I儲(chǔ)水池、2恒流泵、3、閥門、4穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、5陽極、6陰極、7活性炭生物膜、8出水口、9排渣口、10進(jìn)水口。圖2是本實(shí)用新型的三維電極一生物膜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，其中11為反應(yīng)器本體，12為隔板。圖3是本實(shí)用新型中陰極6的結(jié)構(gòu)示意圖，其中13為不銹鋼材料，14為活性炭纖維。圖4是本實(shí)用新型中隔板12的結(jié)構(gòu)示意圖，其中15為均勻布水孔，16為極板插座。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。本實(shí)用新型的一種三維電極一生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極5、陰極6、活性炭生物膜7和反應(yīng)器本體11，其中所述反應(yīng)器本體11的底端設(shè)置有進(jìn)水口 10和排渣口 9，頂端設(shè)置有出水口 8 ；所述反應(yīng)器本體11中設(shè)置有隔板12,所述隔板12上設(shè)置有極板插座16和均勻布水孔15 ；[0026]所述陽極5和陰極6分別設(shè)置在隔板12的極板插座16之中，并分別與電源的正極和負(fù)極相連接；所述陰極6上設(shè)置有活性炭纖維層14 ;所述陽極5和陰極6之間設(shè)置有活性炭生物膜層7。在進(jìn)行使用時(shí)，首先以Ti/Pb02板為正極、以不銹鋼板13為負(fù)極并在其表面綁定活性炭纖維層14,厚度4-6mm,電極板的尺寸均為IOcmXlOcm,以活性炭為第三極，活性炭粒徑2-3mm。上述三個(gè)電極共同組成三維電極。將活性炭至于活性污泥濃度為3000-4000mg/L的MBR反應(yīng)池中，并進(jìn)行不間斷曝氣，活性炭在反應(yīng)池中停留3-5天。向三維電極反應(yīng) 器中加入濃度為100mg/L的活性污泥，按照摩爾比C:N:P=100:5:1的比例，每?jī)商煜蚍磻?yīng)器內(nèi)加入葡萄糖3. 12g、碳酸氫銨0. 079g、磷酸二氫鉀0. 027g、氯化鈣0. 04g、硫酸鎂0. 024g、硫酸鐵0. 056g、硫酸鋅0. 004g和硫酸銅0. 003g培養(yǎng)生物膜。將化工廢水通過進(jìn)水口以升流的方式泵入生物膜-三維電極的反應(yīng)器內(nèi)部，進(jìn)行污水處理。實(shí)施例I原水的CODcr 范圍 60-85mg/L，Cr 濃度范圍 1500_2000mg/L，BOD5 范圍 l_9mg/L，電導(dǎo)率范圍7500-8500 ii S/cm，進(jìn)水pH范圍8. 4-8. 8。將原水以升流式注入三維電極-生物膜反應(yīng)器，并調(diào)整三微電極-生物膜反應(yīng)器的電流密度為0. 125mA/cm2、0. 25mA/cm2、0. 5mA/cm2和I. OmA/cm2,按停留時(shí)間3小時(shí)設(shè)計(jì)。經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，處理效果如表一所示。 表一三維電極-生物膜反應(yīng)器運(yùn)行效果
百流密度(mA/cm2)0. 125 0.25 0. 5 1.0
SDcr 去除率(％)19%25%35% 55%實(shí)施例2本實(shí)用新型反應(yīng)器在電解廢水會(huì)使Cl—轉(zhuǎn)變成為Cl2，對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。通過改變電流密度分別為0. 125mA/cm2,0. 25mA/cm2,0. 5mA/cm2,1. OmA/cm2,第三極活性炭上的微生物量呈現(xiàn)先增長(zhǎng)再減小的趨勢(shì)，其中，電流密度為0. 5mA/cm2時(shí)，反應(yīng)器中的生物膜量最大，達(dá)到120-130mgC0D/g活性炭。實(shí)施例3由于本實(shí)用新型反應(yīng)器在電解廢水過程中產(chǎn)生H+，因此會(huì)使原水的H+濃度增大，通過調(diào)控電流密度分別為0. 125mA/cm2,0. 25mA/cm2,0. 5mA/cm2,1. OmA/cm2,可以看出，pH值在一直減小。當(dāng)電流密度為0. 5mA/cm2時(shí)，廢水的pH接近中性。本實(shí)用新型三維電極一生物膜反應(yīng)器在電流密度為0. 5mA/cm2的條件下，三維電極-生物膜反應(yīng)器出水C0D&值略高于40mg/L，處理效果足夠好，基本達(dá)到國(guó)家一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，且生物膜量相對(duì)穩(wěn)定，因此0. 5mA/cm2是一較合適的運(yùn)行條件。以上對(duì)實(shí)用新型明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本實(shí)用新型的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于處理難降解化工廢水的三維電扱-生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極、陰扱，其特征在于，還包括活性炭生物膜和反應(yīng)器本體，其中 所述反應(yīng)器本體的底端設(shè)置有進(jìn)水口和排渣ロ，頂端設(shè)置有出水ロ ； 所述反應(yīng)器本體中設(shè)置有隔板，所述隔板上設(shè)置有極板插座和均勻布水孔； 所述陽極和陰極分別設(shè)置在隔板的極板插座之中，井分別與電源的正極和負(fù)極相連接； 所述陰極上設(shè)置有活性炭纖維層； 所述陽極和陰極之間設(shè)置有活性炭生物膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于處理難降解化工廢水的三維電極-生物膜反應(yīng)器，其特征在于，所述陽極選用Ti/Pb02板，所述陰極選用不銹鋼材料，所述電源選用穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于處理難降解化工廢水的三維電極-生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極、陰極、活性炭生物膜和反應(yīng)器本體，反應(yīng)器本體的底端設(shè)置進(jìn)水口和排渣口，頂端設(shè)置出水口；反應(yīng)器本體中設(shè)置隔板，其上設(shè)置極板插座和均勻布水孔；陽極和陰極分別設(shè)置極板插座中，與電源的正極和負(fù)極相連；陰極上設(shè)置活性炭纖維層；陽極和陰極之間設(shè)置活性炭生物膜層。利用本實(shí)用新型的反應(yīng)器進(jìn)行污水處理時(shí)，進(jìn)水由儲(chǔ)水池中經(jīng)恒流泵從反應(yīng)器底部打入反應(yīng)器中，經(jīng)過隔板后，進(jìn)入陽極和陰極之間的活性炭生物膜層中，通入少量的電流，并利用在第三極上的微生物對(duì)廢水中的有機(jī)物的分解作用，對(duì)化工生產(chǎn)中不達(dá)標(biāo)的二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C02F3/34GK202440378SQ20112055339
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者孔鑫, 季民, 王燦, 黃耀坤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)