一种电化学-生物流化床反应器的制造方法_2

文档序号:9085082阅读:来源:国知局
上升的过程同时发生电化学和生物降解的协同反应;有机废水上升至好氧流化床的泥水分离区时,进行生物降解并实现泥水分离,分离所得到的净化水由第二出水口直接排出。
[0025]上述处理过程中,有机废水的电化学-生物处理保持在18?38°C下进行,采用的电解质为硫酸铜或硫酸亚铁的一种或多种,好氧流化床中溶解氧浓度(D0)1.5mg/L以上,第一进水口和第二进水口的流速均控制为1.0L/min左右,第一电极组的直流电流为5?20mAo
[0026]本电化学-生物流化床反应器及其废水处理方法使用时,具体原理如下:
[0027]有机废水处理机理主要为电化学氧化、生物降解及其协同作用。电极在合适的电势条件下,阴极和阳极反应如下:
[0028]阴极以质子还原和水的电解产氢,或将Cu2+、Fe2+变为具有还原能力的Cu+、Cu和Fe,具体为:
[0029]2Hz0+2e = H2+20H (e0= 0.000V)
[0030]Cu2++e = Cu+(e0= 0.153V)
[0031]Cu2++2e = Cu(e0= 0.337V)
[0032]Cu++e = Cu(e0= 0.521V)
[0033]Fe2++2e = Fe(e0= -0.440V)
[0034]阳极上的电极反应有:
[0035]C+2H20 = C02+4H++4e (e0= 0.207V)
[0036]2H20 = 02+4H++2e (e0= 1.229V)
[0037]根据各反应的电极电位,在阴极以产生Cu为主,另有Cu+和H2,而阳极应以产生CO2为主,故可通过电解过程的氧化还原反应,阴极提供氢气、Cu+和Cu等作为电子供体直接氧化有机物或供给反硝化细菌利用,阳极提供0)2作为生物反应硝化的营养源。
[0038]本实用新型相对于现有技术,具有以下有益效果:
[0039](I)阴极和阳极分离,分别安装于厌氧流化床和好氧流化床内。NH/的去除依赖于好氧生物过程,需要以02等做为电子受体发生氧化反应转化为NO 2或NO 3,而NO2、NO3和有机物的去除可以在厌氧流化床内通过反硝化作用实现协同降解或去除,另外,有机物还可以在好氧流化床的生物过程中氧化降解。本实用新型采用了阴极与阳极分离的反应系统,阴极主要存在于厌氧流化床中,而阳极主要存在于好氧流化床中。首先,阴极和阳极的分离降低了所产生的氧化还原介质相互反应而造成的能量浪费;其次,减少了厌氧流化床中NO2和NO3向阳极的移动和好氧流化床中NH4+向阴极的移动,从而增加了反应物与相应电极直接的接触几率。
[0040](2)以流化床结构增强传质过程,提高电化学反应效率。在活性炭流态化状态下,传质作用加强,使电化学过程中电子在介质间的传递速度更快,有利于氧化还原反应的快速进行,从而高效去除污染物。
[0041](3)以Cu2+和Fe 2+做为电子传递体的补充。在生物反应过程中,酶做为催化剂起到了至关重要的作用,而其中有很多酶的活性中心都包含金属离子,最常见的为Cu和Fe,因此,适量的Cu和Fe存在对生物反应是必须的。另外,Cu2+较H+更易于在阴极接受电子而产生具有还原能力的Cu+和Cu,而Fe 2+虽然在阴极上获得电子的难度更大,生成的Fe却具有比H2更高的还原能力。故Cu2+的添加可加快电子传递而提高污染物去除的速率,而Fe2+的添加可去除性质更稳定的污染物。
[0042](4)电化学与生物反应协同,在利用较低能耗的情况下实现氮和有机污染物的快速高效去除。电化学过程可产生具有较高能量的氧化和还原物质,而生物反应过程中的酶是目前污染物降解最高效的催化剂,两者的耦合反应过程与纯生物反应相比效率更高,而与电化学反应相比,所需要的能耗更小。
【附图说明】
[0043]图1为本电化学-生物流化床反应器的原理示意图。
【具体实施方式】
[0044]下面结合实施例,对本实用新型作进一步的详细说明,但本实用新型的实施方式不限于此。
[0045]实施例
[0046]本实施例一种电化学-生物流化床反应器,如图1所示,包括相连接的厌氧流化床I和好氧流化床2,厌氧流化床的下部和好氧流化床的下部之间通过第一电极组连接,厌氧流化床的上部和好氧流化床的上部之间通过第二电极组连接;厌氧流化床的底部设有第一进水口,厌氧流化床的上部设有第一出水口,好氧流化床的底部设有第二进水口,好氧流化床的上部设有第二出水口,第一出水口与第二进水口之间通过污水管道连接;好氧流化床的底部设有曝气头3。
[0047]如图1所示,厌氧流化床和好氧流化床的结构相同,分别包括内筒4和外筒5,内筒为上下开放的圆筒结构,内筒设于外筒内,且内筒底部与外筒底部相通,内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间;内筒的下部为反应区;外筒的上部为倒锥形结构,形成泥水分离区,泥水分离区中设有多孔板6,多孔板上设置活性炭滤料7,位于活性炭滤料上方的外筒内壁上设有溢流堰8。本实施例中,所采用厌氧流化床和好氧流化床的具体结构参数如下:反应区的边长b = 10mm ;反应区的高度H = 600mm ;高径比H/d = 6.0 ;反应区的体积V1= 7.5L(含底部锥的体积);泥水分离区的体积V 2= 4.0L ;内筒的直径d = 70mm。
[0048]厌氧流化床中,溢流堰处与第一出水口相通;好氧流化床中,溢流堰与第二出水口相通。
[0049]第一电极组包括石墨阴极9、石墨阳极10和直流电源11,石墨阴极设于厌氧流化床下部的内筒中,石墨阳极设于好氧流化床下部的内筒中,石墨阴极和石墨阳极之间通过直流电源连接;
[0050]第二电极组包括两个石墨电极12,厌氧流化床的泥水分离区中和好氧流化床的泥水分离区中各设置一个石墨电极,两个石墨电极之间通过导线连接。
[0051]第一电极组中,石墨阴极和石墨阳极的尺寸相同,长度为200mm,横截面直径为20mm ;
[0052]第二电极组中,两个石墨电极的尺寸相同,长度为50mm,横截面直径为5mm。
[0053]厌氧流化床的上部还设有第一加热棒13,好氧流化床的上部还设有第二加热棒14,第一加热棒和第二加热棒分别与交流电源15连接。
[0054]厌氧流化床中还设有循环组件,循环组件包括循环栗16和循环水阀门17,厌氧流化床底部设有循环水进口,循环栗的进口端通过循环水管道与厌氧流化床上部连接,循环栗的出口端通过循环水管道与循环水进口连接,循环水进口处设置循环水阀门。循环组件的设置,可在厌氧流化床内将有机废水进行多次处理,改善有机废水的处理效果。循环水、经活性炭滤料过滤得到的泥水、第一进水口处的有机废水,三者在厌氧流化床的底部进行充分混合,再逐渐上升进行电化学反应。
[0055]好氧流化床的下部(即反应区处)为曝气混合区,曝气头设于曝气混合区内,曝气头通过气体管道外接风机18,气体管道上设有气体流量计19 ;好氧流化床的底部还设有排泥阀20。该结构中,由外接风机提供压缩空气,通过曝气头送入好氧流化床中,气体流量计用于计量并调节空气的输送量。
[0056]厌氧流化床中,第一进水口通过第一蠕动栗21外接原水槽22,第一进水口处设有第一进水阀23,第一蠕动栗的出口端设有第一转子流量计24 ;原水槽用于储存原始的有机废水,有机废水送入厌氧流化床前,在原水槽中加入电解质并混合均匀,第一转子流量计用于监测并调节有机废水的进水量。
[0057]好氧流化床中,第二进水口处设有第二进水阀25,第二出水口处外接出水槽2
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