公布日：2023.04.04
申請日：2022.11.15
分類號：C02F3/34(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F103/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發明涉及污水深度處理領域，具體涉及一種電強化生物反應器和處理廢水中COD和TN的方法。電強化生物反應裝置包括電強化生物反應器、流體輸送部件和電源部件；電強化生物反應器包括池體、電極、生物填料、曝氣裝置、管道、支撐裝置，其中池體由上至下，依次設置好氧區、曝氣區和水解酸化區，曝氣裝置設置在曝氣區，電極分別設置在好氧區和水解酸化區的池體內壁上，生物填料設置在電極內側，與電極緊密相接。采用電強化生物反應器處理廢水中COD和TN的方法，廢水從電強化生物反應器底部進入，依次經過水解酸化區、曝氣區、好氧區，在水解酸化區完成反硝化脫氮和大分子有機物的分解，在好氧區完成硝化反應和有機物降解，進而實現廢水中COD和TN的深度去除。
權利要求書
1.一種電強化生物反應裝置，其特征在于，電強化生物反應裝置包括電強化生物反應器、流體輸送部件和電源部件；所述電強化生物反應器包括池體(1)、電極(2)、生物填料(3)、曝氣裝置(7)、管道(8)、支撐裝置(9)，其中池體(1)由上至下，依次設置好氧區、曝氣區和水解酸化區，所述曝氣裝置(7)設置在曝氣區，所述電極(2)分別設置在好氧區和水解酸化區的池體(1)內壁上，所述生物填料(3)設置在電極(2)內側，與電極(2)緊密相接；所述支撐裝置(9)分別位于水解酸化區生物填料和好氧區生物填料的底部，用于支撐生物填料。
2.根據權利要求1所述的電強化生物反應裝置，其特征在于，所述流體輸送部件包括出水管(10)、進水管(11)、回流液出水管(12)，其中進水管(11)設置在池體(1)底部；出水管(10)設置在池體(1)頂部；回流液出水管(12)設置在池體(1)頂部，與進水管(11)連接。
3.根據權利要求1所述的電強化生物反應裝置，其特征在于，所述電源部件包括連接電源(6)負極的電極導線(4)、連接電源(6)正極的電極導線(5)、電源(6)，其中電極導線(4)與水解酸化區電極(2)連接，另一端延伸至池體(1)外與電源(6)連接，電極導線(5)與好氧區電極(2)連接，另一端延伸至池體(1)外與電源(6)連接。
4.根據權利要求1所述的電強化生物反應裝置，其特征在于，好氧區與水解酸化區的高度比為1-3:1。
5.根據權利要求1所述的電強化生物反應裝置，其特征在于，所述電極(2)為圓環形網狀結構，生物填料(3)為圓環形結構。
6.根據權利要求1所述的電強化生物反應裝置，其特征在于，所述曝氣裝置(7)通過管道(8)連接曝氣頭，管道(8)與空氣泵連接。
7.根據權利要求1所述的電強化生物反應裝置，其特征在于，回流液出水管(12)上設置用于回流的回流泵(13)。
8.一種采用權利要求1所述的電強化生物反應裝置處理廢水中COD和TN的方法，其特征在于，工業園區污水廠生化廢水從電強化生物反應器底部進入，依次經過水解酸化區、曝氣區、好氧區，在水解酸化區完成反硝化脫氮和大分子有機物的分解，在好氧區完成硝化反應和有機物降解，進而實現廢水中COD和TN的深度去除。
9.根據權利要求8所述的電強化生物反應裝置處理廢水中COD和TN的方法，其特征在于，所述廢水COD為50-250mg/L，TN為10-100mg/L。
10.根據權利要求8所述的電強化生物反應裝置處理廢水中COD和TN的方法，其特征在于，工藝條件為：好氧區廢水停留時間4-10h，水解酸化區廢水停留時間2-5h，氣液比體積比2-8:1，外加電壓0.5-6V。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術脫氮、COD去除率低的難題，提供一種電強化生物反應裝置和深度處理廢水中COD和TN的方法。
為了實現上述目的，本發明的技術方案為：
一種電強化生物反應裝置，包括電強化生物反應器、流體輸送部件和電源部件；所述電強化生物反應器包括池體、電極、生物填料、曝氣裝置、管道、支撐裝置，其中池體由上至下，依次設置好氧區、曝氣區和水解酸化區，所述曝氣裝置設置在曝氣區，所述電極分別設置在好氧區與水解酸化區的池體內壁上，所述生物填料設置在電極內側，與電極緊密相接；所述支撐裝置分別位于水解酸化區生物填料和好氧區生物填料的底部，為圓環形板，用于支撐填料。
所述流體輸送部件包括出水管、進水管、回流液出水管，其中進水管設置在池體底部；出水管設置在池體頂部；回流液出水管設置在池體頂部，與進水管連接。
所述電源部件包括連接電源負極的電極導線、連接電源正極的電極導線、電源，其中連接電源負極的電極導線與水解酸化區電極連接，另一端延伸至池體外與電源連接，連接電源正極的電極導線與好氧區電極連接，另一端延伸至池體外與電源連接。
所述好氧區與水解酸化區的高度比為1-3:1。
所述電極為圓環形網狀結構，圓環直徑為8-10cm。
生物填料為圓環形結構，生物填料厚度為2-5cm。
所述電極為導電材料，選自不銹鋼316或鈦材，導電材料的直徑為0.5-2mm；
所述生物填料為碳纖導電PPS，導電聚氨酯中的一種或兩種填充而成，優選地，生物填料為導電聚氨酯。
所述連接電源負極的電極導線、連接電源正極的電極導線材料均為不銹鋼316或鈦材，直徑為1-3mm。
所述電源為本領域通常使用的各種電源，優選為直流電源。
所述曝氣裝置通過管道連接曝氣頭，管道與空氣泵連接。
回流液出水管上設置用于回流的回流泵，回流比1-4:1。
所述生物填料上附著功能微生物為好氧區馴化適合高電位的氧化型微生物，如Candidatus(聚糖菌屬)，pseudomonas(假單胞菌屬)、bacillus(芽孢桿菌屬)；水解酸化區馴化適合低電位的脫氮微生物，如Thauera(陶厄氏菌屬)、pseudomonas(假單胞菌屬)、comamonas(叢毛單胞菌屬)。
一種采用所述電強化生物反應裝置處理廢水中COD和TN的方法，工業園區污水廠生化廢水從電強化生物反應器底部進入，依次經過水解酸化區、曝氣區、好氧區，在水解酸化區完成反硝化脫氮和大分子有機物的分解，在好氧區完成硝化反應和有機物降解，進而實現廢水中COD和TN的深度去除。
所述廢水COD為50-250mg/L，TN為10-100mg/L；
優選地，所述廢水COD為180-230mg/L，TN為10-70mg/L；
所述工藝條件為：好氧區廢水停留時間4-10h，水解酸化區廢水停留時間2-5h，氣液體積比為2-8:1(L/L)，外加電壓0.5-6V。
優選地，工藝條件為：好氧區廢水停留時間5-10h，水解酸化區廢水停留時間2-5h，氣液體積比4-7:1(L/L)，外加電壓2-6V。
與現有技術相比，本發明的優勢在于：
1、本發明裝置好氧區和水解酸化區兩個區域為廢水處理的不同功能區，將電極引入功能區，電源正極接入好氧區，負極接入水解酸化區，分別強化陰極、陽極的電位，使與兩極相接觸的生物填料在正、負電位下富集適合各區的功能微生物(好氧區馴化適合高電位的氧化型微生物，如Candidatus(聚糖菌屬)，pseudomonas(假單胞菌屬)、bacillus(芽孢桿菌屬)；水解酸化區馴化適合低電位的脫氮微生物，如Thauera(陶厄氏菌屬)、pseudomonas(假單胞菌屬)、comamonas(叢毛單胞菌屬))，整體系統強化氧化還原反應，可以達到更好降解COD、脫氮的效果。
2、本發明克服了現有技術脫氮、COD去除率低的難題，提供一種電強化生物反應裝置和廢水處理方法，通過使用本發明的電強化生物反應裝置，將電極與生物填料結合，使各功能區的填料帶有正、負電荷，富集功能微生物的同時，在電極和生物填料的表面也能夠發生氧化還原作用，使出水總氮降至1-10mg/L以下，COD降至15-50mg/L以下，可以有效解決傳統生化法處理工業廢水不達標的難題。
3、本發明廢水從電強化生物反應器底部進入水解酸化區，在較低的氧化還原電位下，陰極微生物能快速進行反硝化脫氮，硝態氮被還原生成氮氣，同時反硝化作用會消耗有機物，使廢水COD降低，另外，部分有機物在較低的氧化電位下發生水解反應，使廢水的可生化性提高；廢水向上流經曝氣區進入好氧區，附著在生物填料上的功能微生物(好氧區馴化適合高電位的氧化型微生物，水解酸化區馴化適合低電位的脫氮微生物)截留吸附有機物，陽極微生物氧化分解有機物同時完成硝化反應，處理后的水一部分回流進行反硝化，一部分作為出水由排出管排出。
4、本發明的電強化生物反應裝置用于廢水生化出水的處理，特別適合工業園區污水廠生化廢水的深度處理，例如可以處理醫藥類生化出水/或印染類生化出水。
（發明人：孫宇明;馬文靜;姜雪松;胡金玲）
