一种电-生物膜耦合水处理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电-生物膜耦合水处理装置，包括反应器本体，反应器本体内设置有正电极，反应器本体的内壁设置有负电极，负电极上附着有微生物载体填料，微生物载体填料位于正电极和负电极之间，反应器本体的底部设置有进水管和曝气管，反应器本体的上部设置有出水管。本实用新型利用电化学作用创造微生物适宜的环境，并提供电子受体和电子供体分别进行硝化和反硝化作用，达到有效处理焦化废水生化段未达标出水的目的，能耗低、效率高、结构简单，操作容易。
【专利说明】一种电-生物膜耦合水处理装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于水处理【技术领域】，具体涉及一种电-生物膜耦合水处理装置，适 用于处理焦化废水处理工艺生化段出水，使其达到国家行业排放标准。
【背景技术】
[0002] 由于国家钢铁企业污水排放标准和地方标准中都对氨氮作了规定，焦化废水氨氮 处理势在必行。去除水中的氨氮方法很多，有物理法、化学法和生物法。而采用硝化一反 硝化是焦化废水处理最理想的处理方法。生物脱氮是硝化与反硝化反应的应用，硝化与反 硝化反应是生物脱氮两个有机的组成部分。生物脱氮包括好氧和缺氧两段生化过程，也就 是将硝化与反硝化反应结合起来，完成了氨氮的硝化与反硝化析出氮气的过程。它不仅使 处理后水中的NH 3 - N和N0厂一 N浓度降至最小，而且同时降解了水中的有机物。在焦化 废水中有相当数量的不可生化的有机物，其中多数为多环有机物，普通生化和延时曝气法 不能降解这部分有机物，所以处理后废水的C0D。,值一直在300mg/L左右。
[0003] 水体中的氮主要以有机氮和无机氮的形式存在。有机氮包括蛋白质、多肽、氨基酸 和尿素等，有机氮经过微生物的分解转化为无机氮，主要为氨氮、亚硝态氮和硝态氮。废水 中氮素的去除主要通过硝化和反硝化工艺，使各种形态的氮转化为气态氮（3/4、队0等）逸 出水体而使水体得到净化。针对低碳氮比高氨氮废水处理，在传统生物硝化和反硝化过程 中存在碱度和碳源不足等问题，有必要开发新的脱氮途径。
[0004] 传统生物脱氮过程即是利用废水中的有机物，或者通过投加有机物甲醇、乙醇等， 作为电子供体来进行反硝化，将硝酸盐氮转化为无毒的氮气。通过投加有机物，可以获得较 高的反硝化速率，但出水中会有残余有机物，既影响了出水水质又增加了运行费用。对于氨 氮含量高的废水，如污水处理厂的污泥析出液和垃圾渗滤液等，采用传统生物脱氮方法处 理时，需投加有机碳源以满足异养反硝化的需要，能耗大、处理费用高。
[0005] 近年来，在传统的硝化-反硝化工艺基础上发展出一系列高效、节能的脱氮技术， 如SHARON、A N A ΜΜ0Χ以及二者组合的CANON等。这些工艺利用亚硝酸型反硝化和厌 氧氨氧化来缩短氮的转化过程，达到能量和电子供体的节省。与之不同，电极生物膜法是另 一种极具潜力的脱氮方法。该技术利用氢自养菌进行反硝化，在少量或无有机碳源的条件 下，能够实现对NOx-的去除。由于产物清洁，不会增加出水负担；更重要的是，它克服了外 部直接供氢气造成的剩余气体流失和不易操作等弱点，将复杂的生物化学反应过程用简单 的电流调节进行控制，能耗低，操作方便。 实用新型内容
[0006] 针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种电-生物膜耦合水处理装 置，能耗低、效率高、结构简单，可以用于处理焦化废水处理工艺生化段出水。
[0007] -种电-生物膜耦合水处理装置，包括反应器本体，反应器本体内设置有正电极， 反应器本体的内壁设置有负电极，负电极上附着有微生物载体填料,微生物载体填料位于 正电极和负电极之间，反应器本体的底部设置有进水管和曝气管，反应器本体的上部设置 有出水管。
[0008] 如上所述的进水管和曝气管均设置在正电极下方。
[0009] 如上所述的反应器本体为圆筒状，正电极为条状且位于反应器本体的中心轴线 上，正电极材质为镍或铜或钛。
[0010] 如上所述的负电极的外壁贴合在反应器本体的内壁上，负电极材质为石墨、碳棒、 活性炭纤维毡或不锈钢网。
[0011] 一种电-生物膜耦合水处理装置，还包括回流管，回流管一端与进水管连通，另一 端与出水管连通，回流管上设置有阀门。
[0012] 如上所述的正电极和负电极之间的距离为30-60cm。
[0013] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0014] 1)电解作用为微生物生长繁殖提供适宜的环境，即阳极区好氧，而阴极区缺氧，同 时微生物利用电解产物作为代谢底物，电极电解与微生物脱氮之间存在良好的协同作用。
[0015] 2)正电极（阳极）为惰性金属材料时，电极反应以析氧为主，节省曝气所需要的能 量，降低能耗。
[0016] 3)负电极（阴极）电解水原位产氢，氢从生物膜内向外扩散，与外界提供氢气相比 在传质方向上和传质动力上都得到增强。
[0017] 4)阴极区微生物反硝化脱氮利用电解产物氢作为电子供体，不需要外加有机碳 源，同时产物清洁。
[0018] 5)阴极区域填充微生物附着载体，提高了反应器中的微生物量；另一方面增大了 比表面积，传质效果改善，提高了电流效率和处理效能。
[0019] 6)本反应器将复杂的生物系统应用简单的电流进行调控，操作简单。
[0020] 本实用新型可实现在同一电-生物膜耦合水处理装置中，利用电化学作用创造微 生物适宜的环境，并提供电子受体和电子供体分别进行硝化和反硝化作用，达到有效处理 氨氮废水和电化学催化降解难降解有机物的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0022] 其中，1-反应器本体；2-正电极；3-负电极；4-微生物载体填料；5-进水管；6-出 水管；7-回流管；8-直流稳压电源；9-曝气管。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。
[0024] 本实用新型主要用于处理处理焦化废水处理工艺生化段出水，参见图1，包括反应 器本体1，所述反应器本体1采用圆筒结构，在反应器本体1的中心轴线上设置有正电极2， 紧贴于反应器本体1内壁设置有负电极3,负电极3可选用不锈钢网状材质，负电极3上附 着有微生物载体填料4,微生物载体填料4位于正电极2和负电极3之间，微生物载体填料 4可选用纤维状聚乙烯生物膜，负电极3和微生物载体填料4同时作为微生物载体；微生物 附着在微生物载体填料4表面形成生物膜。正电极2(阳极）和负电极3(阴极）分别通过 导线接直流稳压电源8的正极和负极。正电极2、负电极3共同构成阴阳两极电极。在反应 器本体1底部设有进水管5和曝气管9,进水管5和曝气管9均设置在正电极2下方，处理 后的水通过出水管6排出系统，出水管6设于反应器本体1上部外壁。
[0025] 本实用新型反应器水流采用上升流式，底部进水，顶端出水。在反应器本体1外壁 外侧设有回流管7,回流管7 -端与出水管6连通，回流管7另一端与进水管5连通；在回 流管7上设置有控制通断的阀门；用于将经过处理后的水部分回流至阳极区域。由于阳极 电解产H+，阴极区反硝化过程产碱，阴极区的水回流至阳极区可起到调节PH值作用。
[0026] 正电极2材料选择导电性能良好、电极电位高于水电解析氧电位，又不易被氧化 的惰性物质，如镍、铜、钛等惰性金属材料。所述负电极3材料选择性能稳定、表面粗糙的碳 质或其它材料，如石墨、碳棒、活性炭纤维毡或不锈钢网。
[0027] 阴极区域填充的微生物载体填料4为弹性聚乙烯填料（广州振达公司的Φ150软 性填料）。
[0028] 正电极2和负电极3的极间距为30-60cm，其最优设定距离为50cm。极间距太大， 反应器的电流效率会降低，增加能耗。
[0029] 电-生物膜法是一个电化学作用和生物作用相耦合的过程，反应原理如下：
[0030] 在反应器本体1内，阳极电解水产生02，在阳极区域形成好氧环境，并为生物硝 化作用提供电子受体，供阳极区的硝化细菌生长，以C0 2、C0广、HOT作为碳源，进行硝化反 应：
[0031] 55NH4++7602+109HC〇32 -C5H702N+54N02>57H 20+104H2C〇3
[0032] 400N02>NH4++4H 2C〇3+19502+HC〇3_-C5H70 2N+400N03>3H20
[0033] 在反应器本体1内，阴极电解水产生H2,在阴极区域形成缺氧/厌氧环境，并为生 物反硝化作用提供电子供体，供固定在阴极表面表面的反硝化菌利用，进行反硝化脱氮：
[0034] NCV+3[Η] -0. 5N2+〇H>H2〇
[0035] NCV+5 [Η] -0. 5N2+〇H>2H2〇
[0036] 这样反应器中微生物就可充分利用电解产物进行硝化和反硝化脱氮。本实用新型 可用于低碳氮比高氨氮废水的脱氮处理，在存在少量或无有机碳源的条件下，即可实现对 氨氮的去除，将复杂的生物化学反应过程用简单的电流调节进行控制，产物清洁，能耗低， 结构简单，操作方便，制造成本低廉。
[0037] 本实用新型以焦化废水生物段出水的低碳氮比废水，和生化段出水中未降解的高 浓度有机物为处理对象，采用电-生物膜耦合水处理装置，阳极区进水，阴极区出水，在同 一反应器中，将生物硝化反硝化与电化学氧化法相结合。阳极区域主要发生硝化作用，阴极 区域主要发生反硝化作用。在如下控制条件下：进水氨氮容积负荷小于1. 5kgNAm3 · d)， C/N为13左右，温度控制在25?35°C，进水pH值为6. 5?8. 0,水力停留时间大于12h，电 流密度小于〇. 〇21mA/cm2时，可较好地实现电极生物膜脱氮工艺，出水总氮去除率在70%以 上。
【权利要求】
1. 一种电-生物膜耦合水处理装置，包括反应器本体（1)，其特征在于，反应器本体（1) 内设置有正电极（2)，反应器本体（1)的内壁设置有负电极（3)，负电极（3)上附着有微生物 载体填料（4)，微生物载体填料（4)位于正电极（2)和负电极（3)之间，反应器本体（1)的底 部设置有进水管（5)和曝气管（9)，反应器本体（1)的上部设置有出水管（6)。
2. 根据权利要求1所述的一种电-生物膜耦合水处理装置，其特征在于，所述的进水管 (5)和曝气管（9)均设置在正电极（2)下方。
3. 根据权利要求1所述的一种电-生物膜耦合水处理装置，其特征在于，所述的反应器 本体（1)为圆筒状，正电极（2)为条状且位于反应器本体（1)的中心轴线上，正电极（2)材 质为镍或铜或钛。
4. 根据权利要求1所述的一种电-生物膜耦合水处理装置，其特征在于，所述的负电极 (3)的外壁贴合在反应器本体（1)的内壁上，负电极（3)材质为石墨、碳棒、活性炭纤维毡或 不锈钢网。
5. 根据权利要求1所述的一种电-生物膜耦合水处理装置，其特征在于，还包括回流管 (7)，回流管（7)-端与进水管（5)连通，另一端与出水管（6)连通，回流管（7)上设置有阀 门。
6. 根据权利要求1所述的一种电-生物膜耦合水处理装置，其特征在于，所述的正电极 (2)和负电极（3)之间的距离为30-60cm。
【文档编号】C02F3/30GK203938525SQ201420333276
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】徐承睿 申请人:湖北金润德环保技术有限公司