一种一体式废水处理装置及其使用方法
【专利摘要】一种一体式废水处理装置及其使用方法，属于废水处理技术领域，所述一体式废水处理装置包括第一管体、第二管体和第三管体，第一管体一侧设有废水进入孔，第三管体一侧设有废水流出孔；第一管体内设有生物阴极，生物阴极表面有厌氧微生物；第二管体内设有填料和微氧曝气头；第三管体内设有生物阳极，生物阳极表面有厌氧微生物。所述一体式废水处理装置的使用方法如下：废水流入第一管体，大分子有机物的化学键断裂，分解为小分子物质；废水流入第二管体，小分子物质分解为易降解有机物；废水流入第三管体，厌氧微生物将易降解有机物进行分解；废水从废水流出孔流出。本发明所述一体式废水处理装置占地面积小，可降低废水中COD，无需二次处理。
【专利说明】
一种一体式废水处理装置及其使用方法
技术领域
[0001]本发明属于废水处理技术领域，特别是涉及一种一体式废水处理装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]废水处理一直是污染治理领域重点关注的问题之一，其中工业废水的处理更是重中之重，目前的废水处理方法以厌氧工艺为主，但由于需要后续处理，处理速度较慢。微生物电解池作为一种新技术，可以利用其阴极还原作用，对废水中的大分子有机物的化学键进行还原断裂，使其降解为小分子，但经此方法处理后的废水无法完全矿化，化学需氧量(COD)较高，还需要进一步进行矿化处理。接触氧化法可以较容易对废水进行矿化，降低废水中的C0D，但也有设备占地面积较大等不足。因此，如果能研发出一种可以解决现有技术不足的设备，将会使废水处理进行的更加节能和高效。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种一体式废水处理装置及其使用方法，该装置占地面积小，可以对废水进行高效的矿化处理，降低废水中C0D，无需进行二次处理。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]—种一体式废水处理装置，包括依次连接的第一管体、第二管体和第三管体，所述第一管体一侧设有废水进入孔，所述第三管体一侧设有废水流出孔，废水由所述第一管体流向所述第三管体;所述第一管体内设有生物阴极，所述生物阴极与外电路相连，所述生物阴极表面附着有厌氧微生物;所述第二管体内设有填料和微氧曝气头，所述微氧曝气头相对于所述填料更靠近所述生物阴极，所述填料表面附着有微氧好氧微生物;所述第三管体内设有生物阳极，所述生物阳极与外电路相连，所述生物阳极表面附着有所述厌氧微生物。
[0006]所述厌氧微生物为混菌或单一胞外产电菌。
[0007]所述第三管体内靠近生物阳极设有用于测定所述厌氧微生物的生长情况的参比电极。
[0008]所述第一管体的管壁沿水流方向设有多组第一固定孔，所述生物阴极可选择的固定于其中一组所述第一固定孔，所述第三管体的管壁沿水流方向设有多组第二固定孔，所述生物阳极可选择的固定于其中一组所述第二固定孔，通过调节所述生物阴极和所述生物阳极的固定位置，以调节所述生物阴极与所述生物阳极之间的距离。
[0009]所述填料为圆筒状，短于或等于所述第二管体长度。
[0010]所述第一管体的管壁设有第一取样孔，所述第一取样孔设在所述生物阴极所在横截面或顺水流远离所述生物阴极横截面的位置;所述第二管体的管壁设有第二取样孔;所述第三管体的管壁设有第三取样孔，所述第三取样孔设在所述生物阳极所在横截面或顺水流远离所述生物阳极横截面的位置。
[0011]所述第一管体、所述第二管体和所述第三管体的材质为有机玻璃、PVC、玻璃、钢筋混凝土或钢材。
[0012]所述第一管体远离所述第二管体的一侧设有第一端盖，所述第三管体远离所述第二管体的一侧设有第四管体，所述废水流出孔设于所述第四管体管壁上，所述第四管体远离所述第三管体的一侧设有第二端盖。
[0013]所述第二端盖设有第一穿入孔、第二穿入孔、第三穿入孔和排气孔，所述第一穿入孔中插入恒温装置，所述第二穿入孔中插入氧溶量检测探头(D0探头)，所述第三穿入孔中插入PH探头。
[0014]本发明一种一体式废水处理装置的使用方法如下:废水流入所述第一管体内与所述生物阴极接触，在所述厌氧微生物的分解和所述生物阴极的还原作用下，废水中大分子有机物的化学键断裂，分解为小分子物质;经过所述生物阴极的废水流入所述第二管体，在所述第二管体中进行微氧接触氧化反应，氧气通过所述微氧曝气头进入所述第二管体内，为所述填料上附着的所述微氧好氧微生物提供氧源，所述微氧好氧微生物将所述小分子物质分解为易降解有机物;经过所述填料的废水流入所述第三管体与所述生物阳极接触，所述生物阳极表面附着的所述厌氧微生物将易降解有机物进行分解，并产生额外电子，通过所述外电路，将额外电子提供给所述生物阴极;经过所述生物阳极的废水从所述废水流出孔流出。
[0015]本发明的有益效果:
[0016]本发明一体式废水处理装置创新性的将微生物电解池技术与微氧接触氧化技术结合起来，充分发挥两种技术各自的优点，并使二者相互促进，通过所述生物阴极表面附着的所述厌氧微生物的分解和所述生物阴极的还原作用，可以使得废水中大分子有机物的化学键断裂，分解为小分子物质，分解后的所述小分子物质在所述填料表面附着的所述微氧好氧微生物的作用下，分解为易降解有机物，所述易降解有机物在所述生物阳极被所述厌氧微生物分解，产生的额外电子通过所述外电路提供给阴极，进一步促进所述生物阴极反应的进行，而分解后的产物可以作为所述厌氧微生物生存所必须的营养物质，保证所述厌氧微生物的生长，从而使得废水处理更加高效，且本发明具有结构简单，易于降低废水C0D，无需进行二次处理，能耗低，占地面积小等优点。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一体式废水处理装置结构示意图；
[0018]图2是本发明一体式废水处理装置内部结构示意图；
[0019]图中:1-第二端盖，2-第四管体，3-第三管体，4-第二管体，5-第一管体，6_第一端盖，7-排气孔，8-第一穿入孔，9-第二穿入孔，10-第三穿入孔，11-废水流出孔，12-第三取样孔，13-第四固定孔，14-第二固定孔，15-第二取样孔，16-第三固定孔，17-第四穿入孔，18-第一取样孔，19-废水进入孔，20-第一固定孔，21-生物阴极，22-微氧曝气头，23-填料，24-生物阳极，25-参比电极。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0021]如图1、图2所示，一种一体式废水处理装置，属于废水处理设备，在使用过程中，废水通过废水进入孔19进入，从废水流出孔11流出。
[0022]本发明一种一体式废水处理装置，包括依次连接的第一管体5、第二管体4、第三管体3和第四管体2，第一管体5的管壁上远离第二管体4侧设有废水进入孔19，第一管体5内设有生物阴极21，生物阴极21与外电路相连，生物阴极21表面附着有厌氧微生物，厌氧微生物为混菌或单一胞外产电菌，第一管体5的管壁设有第一取样孔18，第一取样孔18设在生物阴极21所在横截面或沿水流远离生物阴极21横截面的位置，用于取样检测废水处理情况，第一管体5的管壁沿水流方向设有多组第一固定孔20，生物阴极21可选择的固定于其中一组第一固定孔20，或将多个生物阴极21串联后固定于其中多组第一固定孔20，以增加生物阴极21表面积。
[0023]第二管体4内设有微氧曝气头22和填料23，微氧曝气头22相对于填料23更靠近生物阴极21，填料23为圆筒状，短于或等于第二管体4长度，填料23表面附着有微氧好氧微生物，第二管体4的管壁上设有第三固定孔16、第四穿入孔17和第二取样孔15，填料23固定于第三固定孔16，微氧曝气头22通过第四穿入孔17将氧气引入第二管体4内，为微氧好氧微生物提供微氧生长环境，第二取样孔15用于取样检测废水处理情况。
[0024]第三管体3内设有生物阳极24，生物阳极24与外电路相连，生物阳极24表面附着有厌氧微生物，厌氧微生物为混菌或单一胞外产电菌，第三管体3的管壁设有第三取样孔12，第三取样孔12设在生物阳极24所在横截面或沿水流远离所述生物阳极24横截面的位置，用于取样检测废水处理情况。第三管体3的管壁沿水流方向设有多组第二固定孔14，生物阳极24可选择的固定于其中一组第二固定孔14，或将多个生物阳极24串联后固定于其中多组第二固定孔14，以增加生物阳极24表面积，通过调节生物阴极21和生物阳极24的固定位置，以调节生物阴极21与生物阳极24之间的距离，使微生物电解池的电阻与电流发生变化。第三管体3内靠近生物阳极24设有参比电极25，第三管体3的管壁设有第四固定孔13，参比电极25固定于第四固定孔13，用于测定厌氧微生物的生长情况。
[0025]第四管体2的管壁设有废水流出孔11，净化后的废水由废水流出孔11流出。
[0026]第一管体5远离第二管体4的一侧设有第一端盖6，第四管体2远离第三管体3的一侧设有第二端盖I，第二端盖I设有第一穿入孔8、第二穿入孔9、第三穿入孔10和排气孔7，第一穿入孔8中插入恒温装置，用于保持废水温度恒定在厌氧微生物和微氧好氧微生物的生存温度范围，第二穿入孔8中插入氧溶量检测探头(D0探头)，用于检测废水中的氧溶量，避免氧溶量过高而影响到生物阳极24表面的厌氧微生物的生长，第三穿入孔10中插入PH探头，用于测定废水中PH值是否达标。
?0027] 第一管体5、第二管体4、第三管体3、第四管体4、第一端盖6和第二端盖I的材质为有机玻璃、PVC、玻璃、钢筋混凝土或钢材，第一管体5、第二管体4、第三管体3和第四管体4为圆柱管。
[0028]以偶氮染料为例，本发明一体式废水处理装置所需生物阴极21和生物阳极24的制作及挂膜启动和填料23生物膜的挂膜启动过程如下。
[0029]生物阴极21与生物阳极24的制作:将制成的环形碳刷电极放入马弗炉中以450°C的高温煅烧30min进行预处理，将阴、阳极分别安装在第一管体5、第三管体3内。以污水处理厂的厌氧污泥为接种物，加入定量PBS缓冲液以及葡萄糖。直流稳压电源的电压固定为
0.7V，定期对微生物电解池的电流数据进行采样，待微生物电解池的电流最大且稳定后，认为在电极表面充分附着了产电微生物，此时生物阴极21与生物阳极24的制作完成。
[0030]生物阴极21与生物阳极24的挂膜启动:待生物阴极21和生物阳极24制作完成后，加入偶氮染料进行驯化，使偶氮染料的浓度梯度依次提升至10mg/L、30mg/L、50mg/L、70mg/L和100mg/L;根据换液后的生物阴极21与生物阳极24电位大小变化以及电位恢复至正常电位的时间变化，决定在每种染料梯度下的周期数。
[0031]填料23生物膜的挂膜启动:接种污泥取自二沉池回流污泥，将填料23绑在填料架放入桶内，加入定量PBS缓冲液及葡萄糖进行48h闷曝，之后开始连续进水，水力停留时间12h，控制曝气量使溶解氧控制在2-3mg/L左右。按梯度添加偶氮染料进行驯化，使偶氮染料的浓度梯度依次提升至1011^凡、3011^/1、5011^凡、7011^/1和10011^凡，同时控制入水(1)0浓度为1000mg/L并观察出水⑶D去除率，待偶氮染料浓度为10mg/!且COD去除率稳定在90%以上则挂膜启动成功。
[0032]本发明一种一体式废水处理装置的使用方法如下:
[0033]废水通过废水进入孔19流入第一管体5内与生物阴极21接触，在厌氧微生物的分解和生物阴极21的还原作用下，废水中大分子有机物的化学键断裂，分解为小分子物质;经过生物阴极21的废水流入第二管体4，在第二管体4中进行微氧接触氧化反应，氧气通过微氧曝气头22进入第二管体4内，为填料23上附着的微氧好氧微生物提供氧源，微氧好氧微生物将小分子物质分解为易降解有机物，使得废水中COD浓度大幅降低;经过填料23的废水流入第三管体3与生物阳极24接触，生物阳极24表面附着的厌氧微生物将易降解有机物及残留的大分子有机物进行分解，并产生额外电子，通过外电路，将额外电子提供给生物阴极21，促进生物阴极反应的进行，而分解后的产物可以作为厌氧微生物生存所必须的营养物质，保证厌氧微生物的生长，免去了人工添加额外的营养物质;经过生物阳极24的废水从第四管体2管壁的废水流出孔11流出。
[0034]下面以偶氮染料为例，来说明本发明一体式废水处理装置的具体使用方法。
[0035]废水通过废水进入孔19流入第一管体5内与生物阴极21接触，在厌氧微生物的分解和生物阴极21的还原作用下，将偶氮染料中的偶氮键断裂，生成苯胺类的小分子物质，使废水脱去其本身颜色;经过生物阴极21的废水流入第二管体4，在第二管体4中进行微氧接触氧化反应，氧气通过微氧曝气头22进入第二管体4内，为填料23上附着的微氧好氧微生物提供氧源，微氧好氧微生物将苯胺类小分子物质的苯环打开，使其进一步分解为易降解有机物，使得废水中COD浓度大幅降低;经过填料23的废水流入第三管体3与生物阳极24接触，此时废水中含有的微量氧气可以促进残留的苯胺类小分子物质的降解，同时生物阳极24表面附着的厌氧微生物将易降解有机物进行分解，并产生额外电子，通过外电路，将额外电子提供给生物阴极21，促进生物阴极反应的进行，进一步加快了偶氮键的断裂，达到脱色并降低COD的效果，而分解后的产物可以作为厌氧微生物生存所必须的营养物质，保证厌氧微生物的生长，免去了人工添加额外的营养物质;经过生物阳极24的废水从第四管体2管壁的废水流出孔11流出。
[0036]以酸性橙(A07)染料废水为例，通过检测得知，当进水A07浓度为100mg/L、外加电压0.7V、曝气量600mL/min、pH值为7时，水力停留时间12h，在第三取样孔12处进行多次取样，得到A07的去除率可达89.2% ±2.0%，在废水流出孔11处进行多次取样，得到A07的去除率可达92.4% ±2%。原废水中⑶D浓度为1000mg/L，在废水流出孔11处⑶D去除率可达95.4% ±1%。由此可见，本发明一体式废水处理装置，可以有效去除废水中的染料大分子物质，降低废水的COD浓度。
[0037]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
【主权项】
1.一种一体式废水处理装置，其特征在于，包括:依次连接的第一管体、第二管体和第三管体，所述第一管体一侧设有废水进入孔，所述第三管体一侧设有废水流出孔，废水由所述第一管体流向所述第三管体;所述第一管体内设有生物阴极，所述生物阴极与外电路相连，所述生物阴极表面附着有厌氧微生物;所述第二管体内设有填料和微氧曝气头，所述微氧曝气头相对于所述填料更靠近所述生物阴极，所述填料表面附着有微氧好氧微生物;所述第三管体内设有生物阳极，所述生物阳极与外电路相连，所述生物阳极表面附着有所述厌氧微生物。2.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述厌氧微生物为混菌或单一胞外产电菌。3.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述第三管体内靠近生物阳极设有用于测定所述厌氧微生物的生长情况的参比电极。4.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述第一管体的管壁沿水流方向设有多组第一固定孔，所述生物阴极可选择的固定于其中一组所述第一固定孔，所述第三管体的管壁沿水流方向设有多组第二固定孔，所述生物阳极可选择的固定于其中一组所述第二固定孔，通过调节所述生物阴极和所述生物阳极的固定位置，以调节所述生物阴极与所述生物阳极之间的距离。5.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述填料为圆筒状，短于或等于所述第二管体长度。6.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述第一管体的管壁设有第一取样孔，所述第一取样孔设在所述生物阴极所在横截面或顺水流远离所述生物阴极横截面的位置;所述第二管体的管壁设有第二取样孔;所述第三管体的管壁设有第三取样孔，所述第三取样孔设在所述生物阳极所在横截面或顺水流远离所述生物阳极横截面的位置。7.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述第一管体、所述第二管体和所述第三管体的材质为有机玻璃、PVC、玻璃、钢筋混凝土或钢材。8.根据权利要求1所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述第一管体远离所述第二管体的一侧设有第一端盖，所述第三管体远离所述第二管体的一侧设有第四管体，所述废水流出孔设于所述第四管体管壁上，所述第四管体远离所述第三管体的一侧设有第二端至ΠΠ ο9.根据权利要求8所述的一体式废水处理装置，其特征在于:所述第二端盖设有第一穿入孔、第二穿入孔、第三穿入孔和排气孔，所述第一穿入孔中插入恒温装置，所述第二穿入孔中插入氧溶量检测探头(DO探头)，所述第三穿入孔中插入PH探头。10.—种权利要求1所述的一体式废水处理装置的使用方法，其特征在于:废水流入所述第一管体内与所述生物阴极接触，在所述厌氧微生物的分解和所述生物阴极的还原作用下，废水中大分子有机物的化学键断裂，分解为小分子物质;经过所述生物阴极的废水流入所述第二管体，在所述第二管体中进行微氧接触氧化反应，氧气通过所述微氧曝气头进入所述第二管体内，为所述填料上附着的所述微氧好氧微生物提供氧源，所述微氧好氧微生物将所述小分子物质分解为易降解有机物;经过所述填料的废水流入所述第三管体与所述生物阳极接触，所述生物阳极表面附着的所述厌氧微生物将易降解有机物进行分解，并产生额外电子，通过所述外电路，将额外电子提供给所述生物阴极;经过所述生物阳极的废水 从所述废水流出孔流出。
【文档编号】C02F3/30GK105858867SQ201610429891
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】王有昭, 潘元, 朱彤, 由美雁, 谢元华
【申请人】东北大学