一种活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统及其方法与流程

1.本发明涉及污水处理的技术领域，具体涉及一种活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统及其方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国城市经济的快速发展，城镇污水处理能力得到快速提高。活性污泥法，因其在能耗和经济方面的优势，已被广泛应用于城镇污水处理厂。
3.现有城镇污水厂采用的活性污泥法主要依靠进水中的碳源实现氮和磷的去除，但是部分污水处理厂进水碳源不足，导致系统除磷脱氮效率较低，致使污水处理厂出水水质难以满足日趋严格的污水处理排放标准。
4.电化学反应器是一种新型污水处理工艺，在以铁为阳极的电解过程中，在阳极，单质铁将变成铁离子，铁离子以及铁的氢氧化物的胶体状态与水中磷酸盐反应实现磷的去除；在阴极，电极的电子会消耗水中的h
+
产生h2。在整个电解反应过程中，在阴极附近消耗的氢离子，可以抵消阳极金属离子水解消耗的碱度，进而避免了除磷药剂对系统碱度的消耗。此外，阴极产生的h2可以被系统中反硝化菌利用，实现系统no
3-‑
n的还原。
5.因此，为了解决污水处理厂进水碳源不足导致系统除磷脱氮效率低的问题，需要设计一种活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统，提升除磷脱氮效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统及其方法，该系统通过活性污泥与电化学反应器耦合，将电化学反应器置入生物反应池的后缺氧区，提升了除磷脱氮效率。
7.为实现上述目的，本发明所设计的一种活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统，包括生物反应池和二次沉淀池，所述生物反应池内依次布置有厌氧区、缺氧区、好氧区、后缺氧区以及后好氧区，所述厌氧区、缺氧区、好氧区、后缺氧区以及后好氧区相邻两者之间通过流通孔连通；
8.所述好氧区排出的一部分污水回流至缺氧区，剩余部分污水进入后缺氧区；所述后好氧区与二次沉淀池相连接，所述二次沉淀池排出的一部分污泥回流至厌氧区，剩余部分污泥直接排放；
9.所述后缺氧区内设置有电化学反应装置，所述电化学反应装置包括直流电源、电解阴极以及电解阳极，所述直流电源的负极与电解阴极相连，所述直流电源的正极与电解阳极相连。
10.上述技术方案中，所述电解阳极具有顶部敞开的框体，所述框体内部设置有铁球；
11.所述铁球置于框体的下部与其相接触，所述框体的下部开设有倾斜布置的第一孔洞；所述框体的上部开设有第二孔洞。
12.上述技术方案中，所述框体呈长方体结构，所述第一孔洞的开口呈圆形，所述第二
孔洞的开口呈长方形。
13.上述技术方案中，所述框体的底部设置有喷头和水管，所述水管的一端与喷头相连，所述水管的另一端与外界的水源相连用于对铁球进行冲洗。
14.上述技术方案中，所述喷头喷出的水流流速为0.1m/s～2.0m/s。
15.上述技术方案中，所述直流电源的电压为0v～20v；所述电解阴极与电解阳极之间的间距为10cm～100cm。
16.上述技术方案中，所述厌氧区和缺氧区内均设置有搅拌器；所述好氧区和后好氧区内均设置有曝气装置。
17.上述技术方案中，所述后缺氧区内设置有若干个推流器，所述后缺氧区的四周设有圆弧倒角。
18.上述技术方案中，所述好氧区与缺氧区之间设置有用于供污水回流的第一管路，所述第一管路上设置有第一泵体；
19.所述二次沉淀池与厌氧区之间设置有用于供污泥回流的第二管路，所述第二管路上设置有第二泵体。
20.本发明还提供一种利用上述的系统进行污水处理的方法，包括如下步骤：
21.s1：污水依次进入厌氧区、缺氧区、好氧区；
22.s2：好氧区排出的一部分污水回流至缺氧区，剩余部分污水依次进入后缺氧区、后好氧区、二次沉淀池；
23.s3：通过鼓风机向好氧区、后好氧区内通入空气；
24.s4：通过搅拌器在厌氧区、缺氧区对活性污泥与水进行混合，通过推流器在后缺氧区对活性污泥、水与电化学反应装置进行混合；
25.s5：接通直流电源，在电解阴极产生h2实现硝氮的反硝化，在电解阳极产生fe
2+
、fe
3+
，实现磷的去除；
26.s6：二次沉淀池排出的一部分污泥回流至厌氧区，剩余部分污泥直接排放；
27.s7：重复步骤s1-s6，完成污水中氮磷的去除。
28.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
29.其一，本发明通过活性污泥与电化学反应器耦合，将电化学反应器置入生物反应池的后缺氧区，在阳极，单质铁将变成铁离子，铁离子以及铁的氢氧化物的胶体状态与水中磷酸盐反应实现磷的去除，在阴极，电极的电子会消耗水中的h
+
产生h2，培养氢自养反硝化菌，实现系统的深度脱氮，通过电解阳极与阴极的共同作用，最终实现城镇污水的深度除磷脱氮。
30.其二，本发明运行能耗低，通过电化学反应器实现污水中氮磷的深度去除，后缺氧区培养氢自养反硝化菌，比传统异养反硝化菌具有更低的能量消耗，同时系统产生的铁离子还能实现磷的去除，大大降低了污水处理系统的运行成本。
31.其三，本发明除磷脱氮效率高，采用连续进水、连续出水的形式，用于处理城镇污水，通过活性污泥与电化学反应器耦合，将电化学反应器置入生物反应池的后缺氧区，提升了除磷脱氮效率。
附图说明
32.图1为本发明活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统的结构示意图；
33.图2为电化学反应装置的主视结构示意图；
34.图3为电化学反应装置的俯视结构示意图；
35.图中，1-生物反应池、1.1-厌氧区、1.2-缺氧区、1.3-好氧区、1.4-后缺氧区、1.5-后好氧区、1.6-流通孔、2-二次沉淀池、3-电化学反应装置、3.1-直流电源、3.2-电解阴极、3.3-电解阳极、3.31-框体、3.32-铁球、3.33-第一孔洞、3.34-第二孔洞、3.35-喷头、3.36-水管、4-搅拌器、5-曝气装置、6-推流器、7-圆弧倒角、8-第一管路、9-第一泵体、10-第二管路、11-第二泵体。
具体实施方式
36.下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
37.如图1所示，本发明的一种活性污泥耦合电化学反应器的污水处理系统，包括生物反应池1和二次沉淀池2，生物反应池1内依次布置有厌氧区1.1、缺氧区1.2、好氧区1.3、后缺氧区1.4以及后好氧区1.5，厌氧区1.1、缺氧区1.2、好氧区1.3、后缺氧区1.4以及后好氧区1.5相邻两者之间通过流通孔1.6连通；好氧区1.3排出的一部分污水回流至缺氧区1.2，剩余部分污水进入后缺氧区1.4；后好氧区1.5与二次沉淀池2相连接，二次沉淀池2排出的一部分污泥回流至厌氧区1.1，剩余部分污泥直接排放；后缺氧区1.4内设置有电化学反应装置3。厌氧区1.1和缺氧区1.2内均设置有搅拌器4；好氧区1.3和后好氧区1.5内均设置有曝气装置5。后缺氧区1.4内设置有若干个推流器6，后缺氧区1.4的四周设有圆弧倒角7。好氧区1.3与缺氧区1.2之间设置有用于供污水回流的第一管路8，第一管路8上设置有第一泵体9；二次沉淀池2与厌氧区1.1之间设置有用于供污泥回流的第二管路10，第二管路10上设置有第二泵体11。
38.如图2和图3所示，电化学反应装置3包括直流电源3.1、电解阴极3.2以及电解阳极3.3，直流电源3.1的负极与电解阴极3.2相连，直流电源3.1的正极与电解阳极3.3相连。电解阳极3.3具有顶部敞开的框体3.31，框体3.31内部设置有铁球3.32，在框体3.31的顶部不设盖板，便于向内加入铁球；铁球3.32置于框体3.31的下部与其相接触，框体3.31的下部开设有倾斜布置的第一孔洞3.33；框体3.31的上部未与铁球接触部位，在框体3.31的上部开设有第二孔洞3.34，所有第一孔洞3.33和第二孔洞3.34均位于液面以下，保障框体3.31内外水流的交换。框体3.31呈长方体结构，第一孔洞3.33的开口呈圆形，第二孔洞3.34的开口呈长方形。框体3.31的底部设置有喷头3.35和水管3.36，水管3.36的一端与喷头3.35相连，水管3.36的另一端与外界的水源相连用于对铁球3.32进行冲洗，避免在铁球形成沉积物。喷头3.35喷出的水流上升的流速为0.1m/s～2.0m/s。直流电源3.1的电压为0v～20v；电解阴极3.2与电解阳极3.3之间的间距为10cm～100cm。
39.本发明利用上述的系统进行污水处理的方法，包括如下步骤：
40.s1：污水依次进入厌氧区1.1、缺氧区1.2、好氧区1.3，采用连续进水、连续出水的形式，生物反应池的好氧区曝气气水比值为4.5；生物反应池的活性污泥浓度维持在3500mg/l；污水与部分回流污泥进入厌氧区，停留时间1.0h；污水与部分回流硝化液进入缺
氧区，停留时间3.0h；污水进入好氧区，停留时间6.0h；
41.s2：好氧区1.3排出的一部分污水回流至缺氧区1.2，剩余部分污水依次进入后缺氧区1.4、后好氧区1.5、二次沉淀池2；
42.s3：通过鼓风机向好氧区1.3、后好氧区1.5内通入空气；在好氧区通过传统鼓风机曝气，好氧区do控制在1.5mg/l以上；
43.s4：通过搅拌器在厌氧区1.1、缺氧区1.2对活性污泥与水进行混合，通过推流器在后缺氧区1.4对活性污泥、水与电化学反应装置进行混合；污水进入后缺氧区，停留时间2.5h，电化学反应器置入生物反应池的后缺氧区，电化学反应器置电压为12v；电化学反应装置阴极惰性材料与阳极惰性材料间距为30cm；电化学反应装置阳极惰性材料为长方体结构，内部装有铁球，底部冲洗水流上升流速为0.6m/s；污水进入后好氧区，停留时间1.0h，通过传统鼓风机曝气，好氧区do控制在1.5mg/l以上；
44.s5：接通直流电源，在电解阴极产生h2实现硝氮的反硝化，在电解阳极产生fe
2+
、fe
3+
，实现磷的去除；
45.s6：二次沉淀池2排出的一部分污泥回流至厌氧区1.1，剩余部分污泥直接排放；
46.s7：重复步骤s1-s6，完成污水中氮磷的去除。
47.本发明在进水cod为230mg/l、nh
4+-n为46mg/l、tn为48mg/l、tp为5.4mg/。出水cod、nh
4+-n、tn、tp浓度分别为28mg/l、0.42mg/l、5.86mg/l、0.24mg/l，去除率分别为87.83％、99.09％、87.79％、95.56％。出水水质优于《天津市地方标准db12/599-2015》中的a标准。
48.未在后缺氧区加载电化学反应器时，出水cod、nh
4+-n、tn、tp浓度分别为32mg/l、0.45mg/l、16.52mg/l、1.12mg/l，去除率分别为86.09％、99.02％、65.58％、79.26％。系统tn、tp去除率较低，出水无法满足《天津市地方标准db12/599-2015》中的a标准，甚至无法满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级a的要求。
49.以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的均属于现有技术。