一种污水处理装置以及一种污水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理装置以及一种污水处理方法。
【背景技术】
[0002]目前，生活污水处理大都采用传统的生物处理方法。通过设置好氧、厌氧、缺氧等环境来实现有机碳和营养元素的去除。常规脱氮工艺大都是在好氧条件下将氨氮氧化成硝酸盐，而后在缺氧条件下利用污水中的有机物作为电子供体将硝酸盐还原成气态氮。由于在好氧条件下污水中部分有机物会被氧化成co2，这样一来常出现因污水中有机物不足而反硝化效率下降的现象，这个问题在低浓度城市生活污水处理中尤其突出。其次，全程脱氮过程从原理上来说是一个含多余步骤的反应过程，增加了系统的能耗，这在倡导建立资源节约型社会的今天显得尤为不适。再者，生物脱氮和除磷是存有矛盾点的两个过程，工程上为了缓解两者间的矛盾，往往处理路线较为复杂。全程生物脱氮除磷工艺过程的复杂性常导致污水厂反应池数量多、管线复杂、占地面积大。最后，常规污水处理技术中对能源资源的回收率不高。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种污水处理装置以及一种污水处理方法，本发明提供的污水处理装置采用生物电化学系统结合短程硝化-厌氧氨氧化的脱氮装置，处理线路简单，能耗低，可用于处理低浓度城市生活污水，并且可以实现电能的回收利用。
[0004]本发明提供了一种污水处理装置，包括:
[0005]阳极反应区；
[0006]入水口与所述阳极反应区的出水口相连的阴极反应区；
[0007]入水口与所述阴极反应区的出水口相连的厌氧氨氧化脱氮区；
[0008]入水口与所述厌氧氨氧化脱氮区的出水口相连的化学沉淀除磷区；
[0009]所述阳极反应区、厌氧氨氧化脱氮区和阴极反应区依次相邻设置，所述阳极反应区与所述厌氧氨氧化脱氮区通过阴离子交换膜相连通，所述厌氧氨氧化脱氮区与所述阴极反应区通过阳离子交换膜相连通。
[0010]优选的，所述阳极反应区包括:
[0011]填充于所述阳极反应区内部的电极颗粒；
[0012]附着于所述电极颗粒表面的产电菌；
[0013]—端设置于所述阳极反应区底部、另一端延伸至所述阳极反应区外部的石墨棒。
[0014]优选的，所述阴极反应区包括:
[0015]设置于所述阴极反应区侧壁的空气阴极电极；
[0016]设置于所述阴极反应区内的悬浮填料；
[0017]附着于所述悬浮填料表面的好氧自养短程硝化生物膜；
[0018]设置于所述阴极反应区内的硝化污泥。
[0019]优选的，所述阳极反应区与所述阴极反应区通过导线连接，所述导线的一端与所述石墨棒延伸至所述阳极反应区外部的一端相连，所述导线的另一端与所述空气阴极电极相连，并且连接所述阳极反应区与所述阴极反应区的导线之间设置有负载。
[0020]优选的，所述阴极反应区还包括设置于所述阴极反应区顶部的镂空挡板。
[0021]优选的，所述悬浮填料的密度为0.90?0.92g/cm3。
[0022]优选的，所述空气阴极电极包括；
[0023]空气阴极基底；
[0024]分别复合于空气阴极基底两侧的金属催化层和扩散层；
[0025]所述金属催化层设置于所述阴极反应区内侧，所述扩散层设置于所述阴极反应区的外侧。
[0026]优选的，所述厌氧氨氧化脱氮区设置有厌氧氨氧化污泥。
[0027]本发明还提供了一种采用上述污水处理装置进行污水处理的方法，包括以下步骤:
[0028]将待处理的污水依次通过阳极反应区、阴极反应区、厌氧氨氧化脱氮区和化学沉淀除磷区，得到处理后的污水。
[0029]优选的，所述待处理的污水包括:
[0030]150 ?700mg/L 的 C0D ；
[0031 ] 20 ?60mg/L 的 NH/-N ；
[0032]3 ?7mg/L 的总磷；
[0033]100 ?250mg/L 的 SS。
[0034]与现有技术相比，本发明提供了一种污水处理装置，包括:阳极反应区；入水口与所述阳极反应区的出水口相连的阴极反应区；入水口与所述阴极反应区的出水口相连的厌氧氨氧化脱氮区；入水口与所述厌氧氨氧化脱氮区的出水口相连的化学沉淀除磷区；所述阳极反应区、厌氧氨氧化脱氮区和阴极反应区依次相邻设置，所述阳极反应区与所述厌氧氨氧化脱氮区通过阴离子交换膜相连通，所述厌氧氨氧化脱氮区与所述阴极反应区通过阳离子交换膜相连通。首先，在阳极反应区内待处理污水中的有机碳被产电微生物所利用转化为电子传递给阳极碳棒，产生的电子通过导线和外部负载到达阴极后构成回路，实现了电能的回收。同时，阳极反应后剩下的氮磷污染物进入到阴极反应区后，在阴极反应区内的自养菌的作用下将一半的氨氮氧化成亚硝氮，然后污水进入到厌氧氨氧化脱氮区进行氮素污染物的脱除。最后，剩余不能被微生物利用的磷酸盐在除磷池通过化学沉淀进行去除。本发明提供的污水处理装置采用生物电化学系统结合短程硝化-厌氧氨氧化的脱氮装置，处理线路简单，能耗低，可用于处理低浓度城市生活污水。可以将生活污水中的有机碳转化成电能，进一步补偿污水处理过程的能耗。此外，阳极和阴极所构成的电场还会刺激厌氧氨氧化脱氮区内的微生物，强化脱氮效果。另外，阳极反应区微生物为厌氧微生物，阴极反应区为自养微生物，厌氧氨氧化脱氮区为厌氧自养微生物，这几类微生物的生长速率低，整个系统的污泥产率低。
【附图说明】
[0035]图1为本发明提供的污水处理装置的结构示意图；
[0036]图2为本发明提供的污水处理装置的侧视图；
[0037]图3为本发明提供的污水处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0038]本发明提供了一种污水处理装置，其特征在于，包括:
[0039]阳极反应区；
[0040]入水口与所述阳极反应区的出水口相连的阴极反应区；
[0041]入水口与所述阴极反应区的出水口相连的厌氧氨氧化脱氮区；
[0042]入水口与所述厌氧氨氧化脱氮区的出水口相连的化学沉淀除磷区；
[0043]所述阳极反应区、厌氧氨氧化脱氮区和阴极反应区依次相邻设置，所述阳极反应区与所述厌氧氨氧化脱氮区通过阴离子交换膜相连通，所述厌氧氨氧化脱氮区与所述阴极反应区通过阳离子交换膜相连通。
[0044]本发明提供的污水处理装置包括阳极反应区，优选的，所述阳极反应区包括:
[0045]填充于所述阳极反应区内部的电极颗粒；
[0046]附着于所述电极颗粒表面的产电菌；
[0047]—端设置于所述阳极反应区底部、另一端延伸至所述阳极反应区外部的石墨棒。
[0048]在本发明中，所述阳极反应区包括填充于所述阳极反应区内部的电极颗粒，优选的，所述电极颗粒填满所述阳极反应区。其中，所述电极颗粒优选为石墨颗粒。
[0049]所述阳极反应区还包括附着于所述电极颗粒表面的产电菌。所述产电菌利用污水中的有机物进行产电，并将电子传递给石墨棒，经阳极反应区处理后，污水中的C0D得到去除。
[0050]在本发明中，所述产电菌通过富集得到，具体方法为:
[0051]取城市污水厂污泥接种到阳极反应区内和颗粒电极混合后，加入营养元素，接着用万用表或者电化学工作站检测电流直至阳极反应区内有稳定并持续时间一周以上的电流输出。
[0052]优选的，所述营养元素配方为(mg/L):CH3C00Na:500,NH4C1:360, KC1:130, CaCl2:16，MgCl2.6Η20:20, NaCl: 2, FeCl2:5, H3B03:1，NiCl2.6Η20:0.1，CuS04.5Η20:1，ZnCl2:1 以上物质溶于50mM pH = 7.0的PBS缓冲液中。
[0053]所述产电菌将产生的电子传递给石墨棒，所述石墨棒的一端设置于所述阳极反应区底部、另一端延伸至所述阳极反应区外部。
[0054]在本发明中，所述阳极反应区的入水口优选设置于所述阳极反应区的底部，所述阳极反应区的出水口优选设置于所述阳极反应区的顶部。
[0055]本发明提供的污水处理装置还包括入水口与所述阳极反应区的出水口相连的阴极反应区。其中，所述阴极反应区包括:
[0056]设置于所述阴极反应区侧壁的空气阴极电极；
[0057]设置于所述阴极反应区内的悬浮填料；
[0058]附着于所述悬浮填料表面的好氧自养短程硝化生物膜；
[0059]设置于所述阴极反应区内的硝化污泥。
[0060]在本发明中，所述阴极反应区包括空气阴极电极。本发明对所述空气阴极电极的结构并没有特殊限制，本领域技术人员公知的空气阴极电极即可。在本发明中，所述空气阴极电极包括:
[0061]空气阴极基底；
[0062]分别复合于空气阴极基底两侧的金属催化层和扩散层；
[0063]所述金属催化层设置于所述阴极反应区内侧，所述扩散层设置于所述阴极反应区的外侧。
[0064]本发明所述的空气阴极电极包括空气阴极基底，所述空气阴极基底优选为碳毡。
[0065]本发明提供的空气阴极电极还包括分别复合于所述空气阴极基底两侧的金属催化层和扩散层。
[0066]其中，所述金属催化层设置于所述阴极反应区内侧，并与所述阴极反应区内的污水相接触。在本发明中，所述金属催化层的金属优选为Pt、Pd、Au、Fe、Co或Ni，更优选为P