一种基于电极-超重力生物转盘的一体化反应器及其处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环保设备领域，，具体涉及一种基于电极-超重力生物转盘的一体化反应器及其处理方法。
【背景技术】
[0002]污染物的存在是人类生产活动所遗留下的重大问题，其处理方法应具有反应条件温和、无二次污染、环境友好且易于控制等特点。电化学法兼具有高效和环保的特点，在无害化处理水中有机污染物方面具有一定的优势。
[0003]生物反硝化去除水中NO3是一种非常有效的方法，它可通过微生物的作用将NO3还原为无污染的~2，其中所使用的电子供体通常为有机物。然而，一些工业废水和生活污水中由于有机物含量低，反硝化过程无法顺利进行。针对这一问题，上世纪90年代，Mellor等概念，用于反硝化作用的酶和电子介体(染料)被固定于阴极表面，发现电极为其上所固定的酶提供了还原能力。之后，Sakakibara等以反硝化菌代替反硝化酶，开发出生物膜.电极反应器BER，并用于脱氮研究，拉开了 BER脱氮工艺的序幕。从最初的分隔型反应器改进到筒型反应器，他们建立了电极生物膜反硝化系统的稳态生物模型，并总结了碳棒阳极反应对脱氮的积极影响。2002年，Prosnansky等对反应器形式进行了改进，阴极使用活性炭颗粒作为电极材料，阳极和阴极之间用橡胶海绵层进行分隔，从而有效地阻止氧气和氢气的混合。但是，目前电极-生物膜法在处理高浓度N0废气时，仍存在传质效率不高、处理率的问题，有待于对电极材料、反应器结构进行进一步改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于电极-超重力生物转盘的一体化反应器及其处理方法。具体技术方案:
[0005]—种基于电极-超重力生物转盘的一体化反应器，包括壳体、中心轴、旋转接头、抽液栗、生物转盘、中空纤维膜、电机、回流管、进液管、臭氧发生器、隔板、回流栗、进液室、出液室、排气管、抽气栗、出液管、进气管；
[0006]中心轴沿壳体的轴心设置并贯穿壳体，且轴体由同轴双层套管组成并分为两部分，外层环形腔为气道，中心为液道；壳体内部由隔板分隔为若干个相通的腔室，每个腔室顶部均与排气管连通，排气管上设有抽气栗，最左侧和最右侧分别为进液室和出液室，进液室、出液室通过回流管相连，回流管上设有用于提供回流动力的回流栗，进液室还与进液管相通；其余每个腔室内设有两片固定于中心轴上且分别连接电源正负极的生物转盘，作为挂膜载体的同时用作配对电极；两片生物转盘中间设有若干条环绕中心轴设置的中空纤维膜，中空纤维膜一端封闭，另一端穿过中心轴外壁与液道相通，使壳体内液体经过中空纤维膜过滤后通过液道排出；两片生物转盘中间的气道外壁开有通孔，使管内气体排入两片生物转盘之间；电机设置于中心轴一端，用于驱动生物转盘及中空纤维膜随中心轴一起转动；进气管一端和出液管一端通过旋转接头分别与中心轴的气道和液道相连，出液管另一端连接抽液栗，进气管另一端连接臭氧发生器。
[0007]作为优选，所述的生物转盘采用石墨板作为材料，其中作为阴极的生物转盘在石墨板外镀活性炭纤维。
[0008]作为优选，所述的生物转盘在石墨板及活性炭纤维之间还设有用于维持生物转盘表面温度的恒温发热层。
[0009]作为优选，两片生物转盘之间同轴设置有若干个半径不一且绝缘的圆环形固定件，中空纤维膜穿过内圈的圆环形固定件，且一端固定于最外圈的圆环形固定件上，使中空纤维膜在转动时相对于生物转盘不会发生位移。
[0010]作为优选，每隔一个腔室内的生物转盘上设有共轴反转装置，使位于相邻两个腔室内的生物转盘呈相反方向转动。
[0011]作为优选，生物转盘通过轴承固定于中心轴上，轴承一侧的中心轴外壁一周设有轮齿，生物转盘上设有与中心轴同轴的内齿轮，内齿轮与中心轴外壁的轮齿之间通过传动齿轮配合连接；其中隔板两侧的两个腔室中，一个腔室内的传动齿轮为2个，另一个腔室内的传动齿轮为3个，且传动齿轮均相同，由中心轴外壁的轮齿依次向内齿轮传动。
[0012]作为优选，所述的隔板为伸缩式隔板，包括固定板和延长板，固定板沿横截面设置并固定于壳体上，且固定板一端与壳体间留有空隙；延长板嵌套于固定板内，且与推动装置相连，推动装置用于将延长板推出并填满固定板一端与壳体间的空隙，使隔板两侧的腔室相互隔离。
[0013]作为优选，所述的隔板上均匀开设若干排通孔，用于使隔板两侧的生物转盘能形成配对电极的同时，减少隔板两侧腔室内废水在生物转盘旋转过程中的水力干扰。
[0014]作为优选，所述的中空纤维膜采用干湿纺丝法，其具体步骤如下:
[0015]铸膜液的原料为:
[0016]聚合物:聚砜(PES) /聚偏氟乙烯(PVDF) 20?30 %
[0017]溶剂:N-甲基吡咯烷酮(NMP) 60 %?80 %
[0018]添加剂:聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/聚乙二醇(PEG) 1?5%
[0019]将上述原料配制成铸膜液，在油浴65°C中搅拌24h，抽真空，静置12h脱泡；
[0020]以去离子水为芯液并进行凝固浴，再进行纺丝，得到中空纤维膜，纺丝工艺条件为:
[0021]铸膜液温度:35?55 °C
[0022]凝固浴温度:20?30 °C
[0023]喷丝头与凝固浴液面的空气间隙:10?20cm
[0024]料液罐压力:0.01?0.05MPa
[0025]芯液流速:20?25mL/min。
[0026]—种使用所述反应器同步去除含氮废水废气的方法，包括如下步骤:
[0027]1)向反应器中注入待处理废水和污泥，进行污泥培养、富集、驯化，并使生物转盘、中空纤维膜挂膜；
[0028]2)通过进液管向反应器内注满含氮废水后停止进水；
[0029]3)将含氮废气通入接有臭氧发生器，将N0氧化为N02，同时产生氧气；
[0030]4)隔板中的延长板伸出，使相邻的腔室隔开；再控制生物转盘进行旋转形成超重力水流，同时将步骤3)氧化后的混合气体从进气管通过中心轴的气道进入反应器内，并由通气孔将废气从两片生物转盘间排出，被中空纤维膜打散为微小气泡，利用超重力水流延长气液接触时间和加速氮氧化物的传质速率，使废气中的含氮物质转换为N03，同时利用废气中的氧气为生物膜上微生物的硝化作用供氧，净化后的气体由顶部排气管排出，抽气栗抽气速率与进气管进气速率一致；
[0031]5)当废水中N03含量达到预设值时，降低中心轴转动速率至10?50rpm，同时将延长板收回隔板中，使相邻的腔室相连；利用共轴反转装置使相邻的不同腔室内的生物转盘以相反方向转动，不同腔室内的水流能形成弦型连续水流，并到达最后一个腔室时由回流管和回流栗重新抽至第一个腔室；同时利用恒温发热层调节生物转盘表面及反应器内的温度至预设值；
[0032]6)停止将步骤3)氧化后的混合气体通入反应器，使废水中溶解氧含量降低；对同一腔室中的两片生物转盘通电，使其形成配对电极，中空纤维膜上形成的生物膜利用电极反应提供的电子进行反硝化作用，将硝酸根和亚硝酸根转化成氮气，产生的氮气由排气管排出；
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