一种新型电生物耦合反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于水处理领域，涉及一种新型电生物耦合反应器，反应器包括高位水箱（16)，高位水箱与溶气配水室（13)连接，溶气配水室通过塑料多孔板（6)与承托层（24)相连通，承托层上部为吸附型生物滤料层（14)，吸附型生物滤料层上部通过不锈钢孔板（12)与三维粒子电极层(15)连接，三维电极层（15)外部接有直流电源(1)，直流电源通过阳极线（2)、阴极线（3)分别和三维粒子电极层（15)内的钛网（23)、不锈钢孔板电极（12)相连。本实用新型结构简单，安排紧凑，通过对污水的物理、化学及生物处理，达到污水净化的目的。
【专利说明】一种新型电生物耦合反应器
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于废水处理【技术领域】，特别是涉及一种可用于污水处理的新型电生 物耦合反应器。
【背景技术】
[0002] 电生物耦合技术是在同一个反应器内将电化学反应与微生物反应耦合起来，彼此 发挥各自的长处，达到互补和增强处理效果的目的，从而实现提高污水的去除效率，降低设 备投资等。生物处理和电化学处理是用于污染控制的两种重要方法，二者各有其优缺点。电 生物耦合技术可充分发挥二者的优点，并弥补或克服对方的缺点，因此具有更好的处理效 果和更广泛的应用。
[0003] 当前电生物反应器的设计不能满足废水处理更高的要求。因此，我国部分学者以 电生物处理废水的基本原理为出发，基于反应器内部结构、电极材料等设计出各种有利于 发挥其协同作用的反应器。郭一令等设计了旋转电极型生物反应器，对以氢气为电子供体 的自养反硝化脱氮进行研究。曲久辉等采用活性炭纤维或石墨板作阳极，活性炭纤维作阴 极，设计了采用自然吸附法挂膜的电生物反应器。范彬等设计了下部为固定床异养反硝化， 上部为电极生物膜反硝化的反应器，通过培养异养微生物获得了良好处理效果。范彬等将 三维电极电化学处理技术与生物膜法相结合研制了新型的电生物反应器，使脱氮效果大幅 度提高。国内外对于电极生物反应器各方面的研究，不仅从理论上证实了电生物脱氮的可 行性，且促进了此类反应器结构设计的更好更快发展。
[0004] 曝气生物滤池（BAF)技术是一种环保、经济、高效、节能的污水处理新技术，能实 现水资源可再生及持续利用，非常适合我国污水处理方面所面临的水资源短缺、资金不 足，技术相对落后的现状。BAF基本原理在于以颗粒填料为介质，通过附着在填料上生 物膜及聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物链分级捕食作 用，实现去除水中污染物的目的。BAF对处理一些有毒有害、难降解有机物方面有了一定 的研究，然而城市污水经过二级处理后，BOD/ COD非常低，出水COD仍会偏高，废水水 质大部分属于溶解性但不可生物降解，因此单独采用BAF对于成分复杂的有毒有害不可 生物降解有机物的去除效果较低，这就需要通过如一定的氧化预处理来矿化有机物，使其 中一部分被直接氧化成水和二氧化碳等小分子无机物，另一部分被分解为能再次被微生 物氧化分解的中间产物，然后通过吸附或者生物方法达到去除有机物的目的。滤料作为曝 气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功能有直接的影响，同时也影响到曝气生物滤 池的结构形式和成本。曝气生物滤池的生物降解性能的优劣很大程度上取决于滤料的性 质，滤料的选择不仅决定了可供微生物附着生长的比表面积的大小和生物膜量的多少，还 影响着反应器中的水动力学状态。目前具有一定特殊性能的滤料已经应用到BAF中，例如： 活性炭颗粒、天然斜发沸石，这些具有一定吸附性能和离子交换性能的滤料，能够很好地将 滤料的吸附性、离子交换性能与滤池的过滤、生物代谢功能有机结合起来，更有效地去除城 市污水中的难降解有机污染物。
[0005] 三维电极是一种新型的高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表 面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，尤其适用于降解反应速率低或系统中极限 电流密度小的反应体系。三维电极的工作机理在于复极性床(没有隔膜）主要通过主电极 间的电场使工作电极粒子(高阻抗）因静电感应而分别带上正负电荷，使每一个粒子成为一 个独立的电极，电化学氧化和还原反应可在每一个电极粒子表面同时进行，缩短了传质距 离。粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，常用的几种粒子电极包括活性 炭、金属氧化物以及负载的金属或金属氧化物，然而这些粒子电极存在如下问题：活性炭颗 粒的阻抗相对较小，装填于三维电极反应器中运行时容易形成短路电流，从而降低电流效 率，并且活性炭粒子在电解过程中还会出现粉化现象；金属氧化物粒子电极在电解过程中 会有一些有毒的离子溶出，会成为二次污染物，例如Pb02粒子电极；负载的金属或金属氧 化物克服了活性炭粒子电极的缺点，提高了废水处理效果，但也存在负载金属易于脱落等 问题。目前，对于三维电极体系，为了提高电流效率，在深入了解三维电极催化反应机理的 基础上，设计及制备在常温常压条件下具有良好的导电性、吸附性和催化性能粒子电极是 今亟待解决的关键问题。
[0006] 本实用新型将曝气生物滤池和三维电极处理技术的优势耦合在同一反应器内进 行城市污水深度处理难降解有机物，区别与常规的分别在两个反应器进行的组合工艺。三 维电极与曝气生物滤池耦合系统不但综合了曝气生物滤池处理成本低、三维电极处理难降 有毒污染物效果好的特点，而且可将三维电极反应中引起的电流效率低的副反应如析氢、 析氧、产热、析氯、电迁移等有效地利用于生物反应中，因此在整个耦合技术的层面上使电 流效率和处理效果大幅提高，同时降低了处理成本。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的在于解决上述电生物反应器不足的问题，提供了一种新型电生 物奉禹合反应器。
[0008] 为解决上述问题，本实用新型由新型电生物耦合池，回流装置，溶气配水室构成。 所述的新型电生物耦合池包括三维粒子电极层和吸附型生物滤料层，三维粒子电极层位于 吸附型生物滤料层上部，上部连通主电极阳极和主电极阴极，主电极阳极和主电极阴极分 别为钛网和不锈钢孔板，由钛网和不锈钢孔板交替平行设置，间隔5-8cm，催化粒子电极填 充于主电极之间，吸附型生物滤料层处理后的水通过不锈钢孔板电极从吸附型生物滤料层 上部进入三维粒子电极层，直流电源通过阳极线、阴极线分别和钛网和不锈钢孔板电极相 连，吸附型生物滤料层底部与承托层连接，承托层通过塑料多孔板与溶气配水室相连通。反 应器包括高位水箱（16)，高位水箱通过污水计量泵（10)经污水管（20)与溶气配水室（13) 连接，溶气配水室设有曝气盘（8)、曝气管（21)、反冲洗进水管（19)、污水管（20)、回流管 (17)，空气压缩机（7)和曝气管（21)连接，反冲洗水泵（9)和反冲洗进水管（19)连接，回流 泵（11)和回流管17连接，承托层（24)通过塑料多孔板（6)与溶气配水室（13)相连通，承 托层（24)上部为吸附型生物滤料层（14)，吸附型生物滤料层上部通过不锈钢孔板（12)与 三维粒子电极层（15)连接，三维电极层（15)外部接有直流电源（1)，直流电源通过阳极线 (2)、阴极线（3)分别和三维粒子电极层（15)内的钛网（23)、不锈钢孔板电极（12)相连。
[0009] 所述的新型电生物耦合池为圆柱型，三维粒子电极层和吸附型生物滤料层直径形 同，分别装填3-5mm钢渣基粒子电极和3-5mm沸石，吸附型生物滤料层（14)、三维粒子电极 层（15)串联由下至上组合，通过内循环系统将各反应层耦合，加强了整体的处理效果。 [0010] 所述的回流装置为回流泵，设于回流管上，将三维粒子电极层部分出水，通过回流 泵，回流到溶气配水室。
[0011] 本实用新型结构紧凑，模块化结构便于后期改扩建，以及设备化生产，可用于污水 量较小的工厂企业。将好氧和高级氧化的优势耦合在同一反应器内进行污水处理，区别与 常规的分别在两个反应器进行的组合工艺。三维电极与曝气生物滤池耦合系统不但综合了 曝气生物滤池处理成本低、三维电极处理难降有毒污染物效果好的特点，而且可将三维电 极反应中引起的电流效率低的副反应如析氢、析氧、产热、析氯、电迁移等有效地利用于生 物反应中，因此在整个耦合技术的层面上使电流效率和处理效果大幅提高，同时降低了处 理成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型一种新型电生物耦合反应器示意图，结合本图做进一步的说 明。
[0013] 图1中：1直流电源，2阳极线，3阴极线，4粒子电极，5沸石，6塑料多孔板，7空 气压缩机，8曝气盘，9反冲洗泵，10进水计量泵，11回流泵，12不锈钢孔板电极，13配水室， 14吸附型生物滤料层，15三维粒子电极层，16高位水箱，17回流管，18净水出水管，19反冲 洗进水管，20污水管，21曝气管，22反冲洗出水管，23钛网，24承托层。
【具体实施方式】
[0014] 实施例一：
[0015] 附图为本实用新型的一种具体实施例，该实施例包括高位水箱16中的污水通过 污水计量泵10经污水管20进入溶气配水室13,同时，将三维粒子电极层15上端出水通过 回流泵11经回流管17,按照体积回流比：1 :1，回流到溶气配水室13,溶气配水室13设有 曝气盘8,曝气盘8通过曝气管21与空气压缩机7相连接，以及反冲洗进水管19与反冲洗 泵9相连接，通过空气压缩机7向新型电生物耦合池充气，为微生物和三维粒子电极提供 充足的氧气，在溶气配水室13内空气和污水进行充分混合后一起经塑料多孔板6进入承托 层24,然后进入吸附型生物滤料层14,经过吸附型生物滤料层14处理后的水通过不锈钢孔 板电极12进入三维粒子电极层15，三维电极层15外部接有直流电源1，直流电源1通过 阳极线2、阴极线3分别和三维粒子电极室15内的钛网23、不锈钢孔板电极12相连，经过 三维粒子电极层15处理后的水一部分通过回流管17回流到配水室13, 一部分通过净水出 水管18排出。
[0016] 将高位水箱16中的污水通过污水计量泵10经污水管20进入配水室13,同时，将 三维粒子电极层15上端出水通过回流泵11经回流管17,按照一定的体积回流比回流到配 水室13,溶气配水室13设有曝气盘8,曝气盘8通过曝气管21与空气压缩机7相连接，以及 反冲洗进水管19与反冲洗泵9相连接，通过空气压缩机7向新型电生物耦合池充气，为微 生物和三维粒子电极提供充足的氧气，在溶气配水室13内空气和污水进行充分混合后一 起经塑料多孔板6进入承托层24,然后进入吸附型生物滤料层14,滤料为沸石5,高700mm， 经过吸附型生物滤料层14处理后的水通过不锈钢孔板电极12进入三维粒子电极层15,内 填钢渔基粒子电极4,高度300mm，通过直流电源1向三维粒子电极层15提供电能，经过三 维粒子电极层15处理后的水一部分通过回流管11回流到配水室13, 一部分通过净水出水 管18排出，当达到预定的水头损失时，对新型电生物耦合净水系统进行反冲洗，首先由空 气压缩机7进行气洗，然后打开反冲洗水泵9加压对新型电生物耦合净水系统进行气水联 合冲洗，之后关闭空气压缩机7,再用反冲洗水泵9加压对新型电生物耦合净水系统进行水 洗，反冲洗的水经反冲洗出水管排出。
【权利要求】
1. 一种新型电生物耦合反应器，反应器包括高位水箱（16)，高位水箱通过污水计量泵 (10)经污水管（20)与溶气配水室（13)连接，溶气配水室设有曝气盘（8)、曝气管（21)、反 冲洗进水管（19)、污水管（20)、回流管（17)，空气压缩机（7)和曝气管（21)连接，反冲洗水 泵（9)和反冲洗进水管（19)连接，回流泵（11)和回流管17连接，承托层（24)通过塑料多 孔板（6)与溶气配水室（13)相连通，承托层（24)上部为吸附型生物滤料层（14)，吸附型生 物滤料层上部通过不锈钢孔板（12)与三维粒子电极层（15)连接，三维电极层（15)外部接 有直流电源（1)，直流电源通过阳极线（2)、阴极线（3)分别和三维粒子电极层（15)内的钛 网（23)、不锈钢孔板电极（12)相连。
2. 权利要求1所述的新型电生物耦合反应器，其特征在于：三维粒子电极层（15)填充 为钢渣基粒子电极。
3. 权利要求1所述的新型电生物耦合反应器，其特征在于：吸附型生物滤料层（14)填 充为沸石（5)。
4. 权利要求1所述的新型电生物耦合反应器，其特征在于：吸附型生物滤料层（14)、三 维粒子电极层（15)串联由下至上组合，通过内循环系统将各反应层耦合，加强了整体的处 理效果。
【文档编号】C02F3/02GK204022543SQ201420364934
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】冯岩, 王少华, 矫浩田 申请人:济南大学