电解强化反硝化生物膜脱氮工艺的装置的制作方法

本发明属于废水处理技术领域，具体讲就是涉及一种电解强化反硝化生物膜脱氮工艺的装置，采用电化学与生物法相结合的技术处理垃圾渗滤液。

背景技术：

垃圾渗滤液属于一种低碳氮比的高氨氮有机废水，危害性极大，通常采用“生化+MBR+NF/RO”工艺进行处理，该工艺的纳滤出水中经常含有一定量的总氮(主要是硝酸盐氮)，无法达到现有的严格环保标准，尤其是晚期填埋场的垃圾渗滤液纳滤出水。因此，垃圾渗滤液纳滤出水的深度脱氮技术亟待需要开发出来。

电极生物膜技术是将电化学法与生物膜法相结合而发展起来的一种新型的脱氮技术，即通过驯化挂膜，微生物固定于阴极表面形成反硝化生物膜，在外加电流的作用下电解水产生氢气，这些氢及电子在透过阴极表面时被生物活性物质捕获，在生物酶的作用下作为电子供体参与到硝酸盐氮的还原反应中去，从而实现自养反硝化脱氮。该技术具有总氮去除效率高、运行稳定、抗冲击能力强、操作简便灵活等优点，在反硝化脱除水中硝酸盐氮方面已成为国内外研究热点。

较早出现的电极生物膜工艺为二维电极生物膜工艺，由于这种工艺仅仅在阴极上附着反硝化菌，其生物量较少，脱氮效果差；为了提高生物量，后来出现了三维电极生物膜工艺，这种工艺较二维电极而言，增加了载体(第三电极-阴极)，从而增加了生物量，但不管是二维电极生物膜还是三维电极生物膜，二者均是在同一个反应器内进行，均是通过在阴极上附着反硝化菌进行脱氮，这种方式附着的反硝化菌量均有限，相比于现有的大比表面的生物填料式的生物膜反应器而言，微生物浓度低(常低于5g/L)，总氮容积负荷低(常低于0.2kg/m³·d)，这也就是电极生物膜工艺仅仅用来处理地下水、饮用水等低浓度硝酸盐氮废水，而没有实例用来处理实际的高浓度硝酸盐氮废水的原因。因此，开发处理高浓度废水的高效电极生物膜工艺及装置具有极其重要的应用价值。

技术实现要素：

为了既能得到现有的生物膜反应器中的高浓度的生物量，又能充分利用电解反应过程中产生的氢气作为电子供体，节省外加碳源的优点，本发明提供的电解强化反硝化生物膜脱氮工艺的装置，在原有的一体化的电极生物膜反应器的基础上进行了改进，即将电解系统与生物膜系统分开设置为两个独立的单元，先通过电解过程产生氢气，然后将溶解有氢气的废水导入生物膜系统，生物膜系统中高浓度的反硝化微生物充分利用氢气和外加的少量碳源作为电子供体，在缺氧的条件下将硝酸盐氮最终还原为氮气，脱氮效率显著提高。

技术方案

为了实现上述技术目的，本发明设计一种电解强化反硝化生物膜脱氮工艺的装置，其特征在于：它主要包括包括碳源箱、原水池、电解池、生物膜反应器、产水池。

原水池与电解池连接，连接管路上装有进水泵；电解池的输出端与生物膜反应器连接，同时，碳源箱的输出端与生物膜反应器连接，连接管路上装有加药泵；生物膜反应器的出水端与产水池连接，同时，生物膜反应器的出水端连接回电解池的进水端，连接管路上装有回流泵。

进一步，所述电解池中平行设置了多对阴极板和多对阳极板，其中，阴极板采用不锈钢板或镀镍金属板，阳极板采用高纯石墨板，且阴极板与电源的负极通过导线连接，阳极板与电源的正极通过导线连接。

进一步，所述生物膜反应器中设有亲水性强、大比表面积的纤维填料，纤维填料的直径为2～10cm。

有益效果

本发明通过将电解系统与生物膜系统分开设置为两个独立的单元，充分利用电解系统产生的氢气作为电子供体进行反硝化脱氮，节省外加碳源量，同时利用了电解过程中的氧化反应来提高废水的生化性，然后在高浓度生物量(10～20kg/m³)的反应系统中进行反硝化脱氮，总氮容积负荷可达到0.3kg/m³·d以上，脱氮效率高，运行稳定。相比于单一的生物膜反应器而言，本发明可处理可生化性差的硝酸盐氮废水，并节省碳源，运行成本低；相比于传统的电极生物膜系统而言，本发明的微生物量大，总氮容积负荷高，具有广阔的应用前景。

附图说明

附图1是本发明实施例的工艺流程图。

附图2是本发明实施例的设备连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。

实施例

如附图2所示，一种电解强化反硝化生物膜脱氮工艺的专用装置，其特征在于：它主要包括碳源箱1、原水池3、电解池5、生物膜反应器9、产水池12。

原水池3与电解池5连接，连接管路上装有进水泵4；电解池5的输出端与生物膜反应器9连接，同时，碳源箱1的输出端与生物膜反应器9连接，连接管路上装有加药泵2；生物膜反应器9的出水端与产水池12连接，同时，生物膜反应器9的出水端连接回电解池5的进水端，连接管路上装有回流泵11。

进一步，所述电解池5中平行设置了多对阴极板6和多对阳极板7，其中，阴极板6采用不锈钢板或镀镍金属板，阳极板7采用高纯石墨板，且阴极板6与电源8的负极通过导线连接，阳极板7与电源8的正极通过导线连接。

进一步，所述生物膜反应器9中设有亲水性强、大比表面积的纤维填料10，纤维填料10的直径为2～10cm。

利用上述装置进行电解强化反硝化生物膜脱氮工艺过程如下：

第一步，垃圾渗滤液纳滤处理后的出水主要含有硝酸盐氮(100～500mg/L)和有机物(COD在60mg/L以下)是典型的低碳氮(C/N)比废水。该废水泵入电解系统后，在常温条件下，控制电流密度在0.4～1.4A/m²之间，阳极发生氧化反应主要生成二氧化碳，阴极发生还原反应主要生成氢气，短时间内二者主要以气体形式溶解在水中，得到含有氢气和二氧化碳的混合废水。

第二步，第一步中溶解有氢气和二氧化碳的混合废水迅速进入生物膜反应系统，在20～35℃、缺氧的条件下，生物膜上附着的反硝化细菌利用氢气和碳源作为电子供体，将硝酸盐氮氧化为氮气逸出系统，最终出水总氮降低至20mg/L以下。其中，生物膜系统的出水部分回流至电解系统，一方面是为了充分利用水中的氢气作为电子供体进行反硝化，节省外加碳源量，节约运行成本；另一方面是起到对废水稀释的作用，提高脱氮效率。