本发明涉及一种废水处理技术，具体而言，本发明涉及一种提高难降解有机废水处理效果的装置与方法。
背景技术：
全球每年产生大量的有机废水，传统的废水生物处理过程不仅需要消耗大量的能量，而且产生大量的污泥，而对污泥的处理费用也很高。因而需要开发效率高和成本低的替代技术。上流式厌氧反应器(uasb)对高浓度有机废水具有很好的处理效果，在处理废水的同时产生生物燃料甲烷，但是其出水的化学需氧量(chemicaloxygendemand，cod)较高，达不到排放标准，且对难降解有机物的处理效果差。芬顿氧化处理废水虽然对难降解有机废水具有很好的处理效果，但是需要消耗大量的二价铁盐、酸及h2o2，成本较高，且带进了无机盐二次污染。铁碳微电解处理废水虽解决了二价铁离子的来源，但仍需添加大量的h2o2。
生物电化学系统(microbialelectrochemicalsystem，mes)是近年迅速发展起来的一种融合了污水处理和产生能源的新技术，可以在对污水进行生物处理的同时获得不同形式的能源，作为污水处理的新工艺。如果利用mes产生具有高氧化还原电位的h2o2以实现难降解有机物的氧化降解。但是h2o2的氧化能力较自由基的氧化能力低。
技术实现要素：
为了解决传统的uasb、mes及铁碳微电解单独处理有机废水存在的局限性，本发明提供了一种提高难降解有机废水处理效果的装置与方法。
本发明提供的提高难降解有机废水处理效果的装置，包括uasb反应器、第一生物电化学系统、第二生物电化学系统、第一铁碳微电解池、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池和供电装置；
uasb反应器、第一生物电化学系统的阳极室、第一生物电化学系统的阴极室、第一铁碳微电解池、第二生物电化学系统的阳极室、第二生物电化学系统的阴极室、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池依次相通；
废水深度处理池的排污管通过一流量可控管路连接uasb反应器的进水管；
供电装置用来给第一生物电化学系统和第二生物电化学系统提供电能。
作为一种具体实施方式，所述uasb反应器包括筒体1以及筒体1内的折流挡板2、气体收集器3、导电材料4；气体收集器3设于筒体1上部，导电材料4置于筒体1下部，折流挡板2设于气体收集器3和导电材料4之间，筒体1下端连接进水管5；
所述第一生物电化学系统包括第一壳体6以及第一壳体6内的第一阳极电极7、第一折射挡板10、第一阴极电极12、第一空气分布器13；第一折射挡板10位于第一阳极电极7和第一阴极电极12之间，将第一壳体6分隔成阳极室和阴极室；第一空气分布器13位于阴极室下方；第一壳体6上端设有第一排气管9和第二排气管16，第一壳体6的阴极室下端连接第一排污管14，第一排污管14通过第一流量控制阀门15连接主排污管61；
所述第一铁碳微电解池包括第二壳体17以及第二壳体17内的第二折射挡板18、第一带孔支撑板19、第一铁碳微电解填料20；第二折射挡板18设于第二壳体17的进水处，第一带孔支撑板19用来承载第一铁碳微电解填料20；第二壳体17上端设有第三排气管23，第二壳体17下端连接第二排污管21，第二排污管21通过第二流量控制阀门22连接主排污管61；
所述第二生物电化学系统包括第三壳体24以及第三壳体24内的第二阳极电极25、第三折射挡板28、第二阴极电极29、第二空气分布器32；第三折射挡板28位于第二阳极电极25和第二阴极电极29之间，将第三壳体24分隔成阳极室和阴极室；第二空气分布器32位于阴极室下方；第三壳体24上端设有第四排气管27和第五排气管31；第三壳体24的阴极室下端连接第三排污管33，第三排污管33通过第三流量控制阀门34连接主排污管61；
所述第二铁碳微电解池包括第四壳体35以及第四壳体35内的第四折射挡板36、第二带孔支撑板38、第二铁碳微电解填料39；第四折射挡板36设于第四壳体35的进水处，第二带孔支撑板38用来承载第二铁碳微电解填料39；第四壳体35上端设有第六排气管37，第四壳体35下端连接第四排污管40，第四排污管40通过第四流量控制阀门41连接主排污管61；
所述好氧曝气池包括第五壳体42以及第五壳体42内的第五折射挡板43、第三空气分布器44；第五折射挡板43设于第五壳体42的进水处，第五壳体42下端连接第五排污管45，第五排污管45通过第五流量控制阀门46连接主排污管61；
所述沉淀池包括第六壳体47以及第六壳体47内设的第一内置水管48，第一内置水管48连接第五壳体42；第六壳体47下端连接第六排污管49，第六排污管49通过第六流量控制阀门50连接主排污管61；
所述废水深度处理池包括第七壳体51以及第七壳体51内设的第二内置水管52，第二内置水管52连接第六壳体47；同时，第二内置水管52还连接碱液管55；第七壳体51上端设有第七排气管56，侧面连接排水管57，下端连接第七排污管53，第七排污管53通过第七流量控制阀门54、第二水管62、泵63连接主进水管64；
污水出水管66通过第九流量控制阀门65也连接主进水管64，主进水管64连接进水管5；主进水管64通过第八流量控制阀门58连接搅拌过滤装置59；搅拌过滤装置59连接主排污管61；搅拌过滤装置59还通过第一水管60连接筒体1。
进一步的，所述导电材料为碳布、颗粒活性炭、网状玻璃炭、四氧化三铁、矿物导电材料、氨气改性的碳布、氨气改性的颗粒活性炭或氨气改性的网状玻璃炭。
进一步的，所述第一阳极电极和所述第二阳极电极为碳布、颗粒石墨、网状玻璃碳、颗粒活性炭或碳纤维刷。
进一步的，所述第一阴极电极和所述第二阴极电极为碳布或碳纤维刷。
进一步的，本发明装置还包括总控制系统，所述总控制系统用来控制进出水量、排污量以及曝气量。
进一步的，所述供电装置为太阳能发电装置。
本发明提供的提高难降解有机废水处理效果的方法，采用上述装置，包括：
(1)有机废水进入uasb反应器进行厌氧消化，以降低有机废水的cod；
(2)uasb反应器的出水进入第一生物电化学系统的阳极室，作为阳极产电微生物生长的营养源，在厌氧环境下阳极产电微生物对有机废水中有机物进行分解代谢；同时，在电辅助作用下，第一生物电化学系统的阴极室原位生成h2o2；
(3)第一生物电化学系统阴极室的出水进入第一铁碳微电解池，利用生成的羟基自由基对有机废水中有机物进行降解；
(4)第一铁碳微电解池的出水进入第二生物电化学系统的阳极室，作为阳极产电微生物生长的营养源，在厌氧环境下阳极产电微生物对有机废水中有机物再次进行分解代谢；同时，在电辅助作用下，第一生物电化学系统的阴极室原位生成h2o2；
(5)第二生物电化学系统阴极室的出水进入第二铁碳微电解池，利用生成的羟基自由基再次对有机废水中有机物进行降解；
(6)第二铁碳微电解池的出水依次经好氧曝气池、沉淀池，以去除降解产生的小分子有机物；
(7)沉淀池的出水进入废水深度处理池，利用铁基电子受体和电活性微生物，对有机废水中有机物进一步进行代谢降解，并将铁基电子受体还原产生的铁基导电材料注入uasb反应器，作为uasb反应器的导电材料。
进一步的，所述废水深度处理池中的电活性微生物为异化金属还原菌。
和现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
本发明结合了一uasb反应器、两生物电化学系统、两铁碳微电解池、一好氧曝气池、一沉淀池和一废水深度处理池，利用uasb反应器对有机废水进行厌氧消化，以降低有机废水的cod，并产生甲烷；利用生物电化学系统去除有机废水中有机污染物，同时还原位生成h2o2，从而为铁碳微电解产生羟基自由基等高氧化活性物质提供了h2o2，在提高污水处理效果的同时，降低了污水处理成本；利用废水深度处理池中生成的氢氧化铁胶体为电子受体，借助异化金属还原菌等电活性微生物，将有机废水中有机物代谢降解而去除，从而进一步降低出水的cod；氢氧化铁胶体还原产生的四氧化三铁导电材料还可进入uasb反应器作为导电材料，以进一步强化uasb反应器的厌氧消化。
本发明同时克服了单独利用uasb反应器、生物电化学系统、铁碳微电解池处理难降解有机废水时存在的不足，不仅提高了难降解有机废水的处理效果，而且降低了成本；另外，处理有机废水的同时所获得的生物燃料甲烷，也可补偿污水处理的成本。
本发明不仅为有效处理有机污水提供了新途径，而且对节能减排和环境治理都具有重要意义。
附图说明
图1为实施例中提高难降解有机废水处理效果的装置的具体结构示意图。
图中，1-筒体，2-折流挡板，3-气体收集器，4-导电材料，5-进水管，6-第一壳体，7-第一阳极电极，8、11、26、30、68、69-导线，9-第一排气管，10-第一折射挡板，12-第一阴极电极，13-第一空气分布器，14-第一排污管，15-第一流量控制阀门，16-第二排气管，17-第二壳体，18-第二折射挡板，19-第一带孔支撑板，20-第一铁碳微电解填料，21-第二排污管，22-第二流量控制阀门，23-第三排气管，24-第三壳体，25-第二阳极电极，27-第四排气管，28-第三折射挡板，29-第二阴极电极，31-第五排气管，32-第二空气分布器，33-第三排污管，34-第三流量控制阀门，35-第四壳体，36-第四折射挡板，37-第六排气管，38-第二带孔支撑板，39-第二铁碳微电解填料，40-第四排污管，41-第四流量控制阀门，42-第五壳体，43-第五折射挡板，44-第三空气分布器，45-第五排污管，46-第五流量控制阀门，47-第六壳体，48-第一内置水管，49-第六排污管，50-第六流量控制阀门，51-第七壳体，52-第二内置水管，53-第七排污管，54-第七流量控制阀门，55-碱液管，56-第七排气管，57-排水管，58-第八流量控制阀门，59-搅拌过滤装置，60-第一水管，61-主排污管，62-第二水管，63-泵，64-主进水管，65-第九流量控制阀门，66-污水出水管，67-直流稳压电源，70-太阳能板。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参见图1，所示为提高难降解有机废水处理效果的装置的具体结构示意图，图中污水指有机废水。下面将结合图1，对本发明的具体实施方式及其技术效果进行详细说明。本具体实施方式中，提高难降解有机废水处理效果的装置主要包括一uasb反应器、两生物电化学系统、两铁碳微电解池、一好氧曝气池、一沉淀池、一废水深度处理池、一太阳能发电装置及一总控制系统。
uasb反应器包括筒体1以及筒体1内的折流挡板2、气体收集器3、导电材料4，气体收集器3设于筒体1上部，用来收集产生的甲烷；导电材料4置于筒体1下部，用作菌体载体；折流挡板2设于气体收集器3和导电材料4之间，用来除氧及防止流体短路；筒体1下端连接进水管5。uasb反应器中导电材料4用作菌体的载体，导电材料4可为但不限于碳布、颗粒活性炭、网状玻璃炭、四氧化三铁、矿物导电材料、氨气改性的碳布、氨气改性的颗粒活性炭、氨气改性的网状玻璃炭；导电材料4的加入可促进微生物间的种间直接电子传递，从而可极大提高产甲烷效率。
两生物电化学系统分别记为第一生物电化学系统和第二生物电化学系统。其中，第一生物电化学系统包括第一壳体6以及第一壳体6内的第一阳极电极7、第一折射挡板10、第一阴极电极12、第一空气分布器13，第一折射挡板10位于第一阳极电极7和第一阴极电极12之间，将第一壳体6分隔成阳极室和阴极室，第一空气分布器13位于阴极室下方。第一折射挡板10用来除氧及防止流体短路，第一空气分布器13用来曝气，使阴极室有足够的氧气。第一壳体6下端连接第一排污管14，第一排污管14通过第一流量控制阀门15连接主排污管61；第一壳体6上端设有第一排气管9和第二排气管16；第一阳极电极7和第一阴极电极12分别通过导线8及导线11连接直流稳压电源67的高电位端和低电位端。
两铁碳微电解池分别记为第一铁碳微电解池和第二铁碳微电解池。其中，第一铁碳微电解池包括第二壳体17以及第二壳体17内的第二折射挡板18、第一带孔支撑板19、第一铁碳微电解填料20；第二折射挡板18设于第二壳体17的进水处，用来除氧及防止流体短路；第一带孔支撑板19设于第二壳体17下部且位于第二折射挡板18和第二壳体17内壁之间，第一铁碳微电解填料20置于第一带孔支撑板19上；第二壳体17下端连接第二排污管21，第二排污管21通过第二流量控制阀门22连接主排污管61；第二壳体17上端设有第三排气管23。
第二生物电化学系统包括第三壳体24以及第三壳体24内的第二阳极电极25、第三折射挡板28、第二阴极电极29、第二空气分布器32，第三折射挡板28位于第二阳极电极25和第二阴极电极29之间，将第三壳体24分隔成阳极室和阴极室，第三折射挡板28还用来除氧及防止流体短路；第二空气分布器32位于阴极室下方，其用来曝气，使阴极室有足够的氧气。第三壳体24下端连接第三排污管33，第三排污管33通过第三流量控制阀门34连接主排污管61；第三壳体24上端设有第四排气管27和第五排气管31；第二阳极电极25和第二阴极电极29分别通过导线26及导线30连接直流稳压电源67的高电位端和低电位端。第一生物电化学系统和第二生物电化学系统中，阳极电极可为但不限于碳布、颗粒石墨、网状玻璃碳、颗粒活性炭、碳纤维刷；阴极电极可为但不限于碳布、碳纤维刷。
第二铁碳微电解池包括第四壳体35以及第四壳体35内的第四折射挡板36、第二带孔支撑板38、第二铁碳微电解填料39；第四折射挡板36设于第四壳体35的进水处，用来除氧及防止流体短路；第二带孔支撑板38设于第四壳体35下部且位于第四折射挡板36和第四壳体35内壁之间，第二铁碳微电解填料39置于第二带孔支撑板38上；第四壳体35下端连接第四排污管40，第四排污管40通过第四流量控制阀门41连接主排污管61；第四壳体35上端设有第六排气管37。
好氧曝气池包括第五壳体42以及第五壳体42内的第五折射挡板43、第三空气分布器44；第五折射挡板43设于第五壳体42的进水处，用来除氧及防止流体短路；第五壳体42下端连接第五排污管45，第三空气分布器44设于第五排污管45上方，第五排污管45通过第五流量控制阀门46连接主排污管61。沉淀池包括第六壳体47以及第六壳体47内设的第一内置水管48，第一内置水管48连接第五壳体42；第六壳体47下端连接第六排污管49，第六排污管49通过第六流量控制阀门50连接主排污管61。废水深度处理池包括第七壳体51以及第七壳体51内设的第二内置水管52，第二内置水管52连接第六壳体47，同时，第二内置水管52还连接碱液管55；第七壳体51上端设有第七排气管56，侧面连接排水管57；第七壳体51下端连接第七排污管53，第七排污管53依次通过第七流量控制阀门54、第二水管62、泵63连接主进水管64。污水出水管66通过第九流量控制阀门65也连接主进水管64。污水出水管66通过第九流量控制阀门65也连接主进水管64。
太阳能发电装置包括太阳能板70、直流稳压电源67和辅助电源，太阳能板70和直流稳压电源67通过导线68及导线69相连，辅助电源也连接直流稳压电源67。当太阳能发电能维持系统运行时，利用太阳能发电给系统提供电能；当太阳能发电能不足以维持系统运行时，利用辅助电源给系统提供电能。
本具体实施方式中，筒体1和第一壳体6的阳极室连通，第一壳体6的阴极室和第二壳体17连通，第二壳体17还和第三壳体24的阳极室连通，第三壳体24的阴极室连接第四壳体35，第四壳体35、第五壳体42、第六壳体47、第七壳体51依次连通。即，有机废水进入本装置后，依次流经uasb反应器、第一生物电化学系统的阳极室、第一生物电化学系统的阴极室、第一铁碳微电解池、第二生物电化学系统的阳极室、第二生物电化学系统的阴极室、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池，然后，经排水管57排出。
第一空气分布器13、第二空气分布器32和第三空气分布器44分别连接压缩空气管。进水管5通过第八流量控制阀门58连接搅拌过滤装置59，搅拌过滤装置59连接主排污管61，第一水管60连接筒体1。搅拌过滤装置59和第一水管60，用来回收排出污泥中的导电材料，并将回收的导电材料返回uasb反应器。
本具体实施方式中，筒体1、第一壳体6、第二壳体17、第三壳体24、第四壳体35、第五壳体42、第六壳体47、第七壳体51采用钢筋混凝土或碳钢制成。筒体1、第一壳体6、第二壳体17、第三壳体24、第四壳体35、第五壳体42、第六壳体47、第七壳体51中的液位通过若干流量控制阀门调节。
本发明通过总控制系统控制各流量控制阀门、空气分布器，来调节进出水量、排污量以及曝气量。
下面将结合具体实施方式，详述上述装置的工作原理：
首先，在uasb反应器、两生物电化学系统的阳极室、以及废水深度处理池内接种厌氧污泥。待处理的有机废水经主进水管64依次流经uasb反应器、第一生物电化学系统、第一铁碳微电解池、第二生物电化学系统、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池，然后，经排水管57排出。
本具体实施方式的有机废水处理过程中，直流稳压电源67输出电压固定为0.5v～3v。有机废水经uasb处理后，去除了大部分的cod(chemicaloxygendemand，化学需氧量)，并产生甲烷，甲烷被气体收集器3收集。生物电化学系统的阳极电极表面附着的产电微生物，在阳极室，以uasb反应器出水中的有机物作为阳极电极产电微生物的营养源，产电微生物对有机废水中的有机物进行分解代谢，在处理有机废水的同时，产生co2、h+及电子。产生的h+及电子迁移到阴极电极，在电辅助下与氧气发生反应生成h2o2。产生的h2o2进入铁碳微电解池与fe2+反应，生成具有高氧化还原电位的羟基自由基，羟基自由基再将难降解的有机物降解。
第一铁碳微电解池的出水再依次经第二生物电化学系统、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池，沉淀池用来去除污泥和氧气。第二铁碳微电解池的出水中降解产生的小分子有机物，可在好氧曝气池被进一步去除。通过碱液管55向废水深度处理池注入碱液并生成氢氧化铁胶体，以氢氧化铁胶体为电子受体，借助异化金属还原菌等电活性微生物，将有机废水中有机物代谢降解，并去除，以进一步降低出水的cod。而产生的氢氧化铁胶体及氢氧化铁还原产生的四氧化三铁导电材料进入uasb反应器，可作为导电材料，在uasb反应器内又可以强化厌氧消化。
uasb反应器内主要发生如下反应：
生物电化学系统的阳极电极主要发生如下反应：
生物电化学系统的阴极电极主要发生如下反应：
4o2+8h++8e-→4h2o2。
铁碳微电解池主要发生如下反应：
fe→fe2++2e-；
h2o2+fe2+→oh·+oh-+fe3+；
有机物+oh·→有机小分子+co2；
有机小分子+oh·→co2+h2o。
废水深度处理池
oh-+fe3+→fe(oh)3；
本发明在uasb反应器中加入导电材料，可促进微生物间直接电子传递的效率，从而强化uasb反应器的厌氧消化和污水处理效果；利用生物电化学系统去除有机污染物的同时，还可原位生成h2o2，从而为铁碳微电解产生羟基自由基等高氧化活性物质提供了h2o2，在提高污水处理效果的同时，降低了污水处理成本；另外，利用废水深度处理池中生成的氢氧化铁胶体为电子受体，借助异化金属还原菌等电活性微生物，将有机废水中有机物代谢降解，而去除，以进一步降低出水的cod。氢氧化铁胶体还原产生的四氧化三铁导电材料还可进入uasb反应器作为导电材料，以进一步强化uasb反应器的厌氧消化。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明专利精神作举例说明。本发明专利所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明专利的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。