CN103073155A - 串联式电极-生物膜过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联式电极-生物膜过滤器。供液系统提供废水通入串联式水箱中；n个水箱从高至低设置在阶梯形的不锈钢架上，各水箱内的水平旋转轴中安装有多片盘片，一部分浸入到水箱中的废水中，每个水箱均通过同步带轮通过同步带串接后，最后一个水箱通过同步带与减速电机上的同步带轮连接。变压器与直流电源连接，石墨片分别安装在n个水箱底部作为电源阳极，所有盘片串接作为阴极，保证每个盘片与石墨片之间都存在电压差。本发明由于电流对氨氮的富集作用，达到能够高效去除水体中低浓度氨氮的效果。本发明可用于水产养殖，水处理技术，生物过滤器等领域的研究与应用。

Description

串联式电极-生物膜过滤器

技术领域

   本发明涉及生物过滤装置，尤其是涉及废水处理技术中的一种串联式电极-生物膜过滤器。

背景技术

目前，在工厂化循环水养殖系统中，采用各种生物过滤系统都存在一定的问题，比如膜处理效果低，造成成本投入过大；挂膜期间亚硝氮的积累较大，亚硝酸盐是硝化反应不能完全进行的中间产物，此时，水体溶氧缺乏，水性偏酸，加重了亚硝酸盐的毒性。一般情况下,当水体中亚硝酸盐浓度达到0.1mg/l,就会对养殖生物产生危害。另外，在循环水中硝氮积累严重，一般认为硝酸盐对水生动物没有不良影响，其实在水体硝酸盐的浓度较高（60mg/l）、时间较长时，也有一定的危害。较高浓度的硝酸态氮，如果不能及时被微生物或植物吸收转化为其它形式带走，一直会处于三态氮的动态循环中，一旦水体溶氧不足，随时都会转入反硝化过程，又以氨氮、亚硝酸盐的形式危害水生动物。所以，在工厂化养殖中，一般通过大量更换养殖水体来达到去除硝氮的目的，从而造成养殖成本增加，地下水体内硝氮污染严重的后果。

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更高效、更经济、更具有竞争性的技术。它采用在物理电极上进行微生物挂膜、微生物电流驯化等手段制得附有生物膜的电极，然后在电极间通以直流电进行电解，电解时阴极表面产出的氢被固着在阴极表面的反硝化生物膜所高效利用，达到反硝化效果。同时，铵离子通过电流作用，在生物膜表面形成一个高浓度的氨氮区，增加生物膜利用铵态氮的效果，从而达到更高效的氨氮去除效果。而且，已经有研究表明，电极-生物膜法能够去除COD。但是电极-生物膜法限于电极的规模程度，被认为只能制作小型的电极-生物膜反应器，不能大规模的应用。

生物转盘技术（Rotating Biological Contactor, 简称RBC）是目前处理污水最有效的手段之一。传统的生物转盘主要由盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置所组成。转盘浸入或部分浸入充满废水的接触反应槽内,在驱动装置的驱动下,转轴带动转盘一起以一定的线速度不停地转动,转盘交替地与废水和空气接触,经过一段时间的转动后,盘片上将附着一层生物膜。RBC的自然挂膜时间长，对亚硝氮和硝氮的积累没有相应的去除方法，同时，在低浓度的氨氮条件下，氨氮去除率低。所以，找到一种新型的生物膜处理方法就显得尤为重要。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种串联式电极-生物膜过滤器。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括供液系统、串联式生物转盘系统和供电系统；其中：

供液系统：包括养殖废水箱、蠕动泵和硅胶管；蠕动泵通过硅胶管将养殖废水箱内的养殖废水通入串联式生物转盘系统的水箱中；

串联式生物转盘系统：有n个水箱，第1水箱至第n个水箱依次从高至低设置在阶梯形的不锈钢架上，第1水箱内的水平旋转轴中安装有多片盘片，多片盘片中心以下部分浸入到第1水箱中的废水中，露出第1水箱外靠近下一级水箱的水平旋转轴装有第1同步带轮；n-1个水箱的盘片数量相同或不同外，其余结构相同，均包括有一根水平旋转轴，水平旋转轴露出水箱外的两端分别装有同步带轮，水平旋转轴在箱体内部的一段均安装有多片盘片，多片盘片一部分浸入到水箱中的废水中，相邻水箱的同步带轮均用各自同步带连接，第n个水箱远离上一个水箱一端的同步带轮通过同步带与减速电机上的同步带轮连接。

供电系统：包括导线、变压器和n片石墨片；变压器与电源连接，将220V交流电源转变为直流电压，n片石墨片分别安装在各自水箱底部作为电源阳极与变压器连接，所有盘片作为阴极通过导线与变压器连接，盘片与盘片之间通过导线连通，保证每个盘片与石墨片之间都存在电压差。

所述n个水箱内的盘片转动时的浸水面积占整个盘片的40%～90%。

本发明具有的有益效果是：

本发明结构简单、操作方便、自动化程度高；且由于电流对氨氮的富集作用，从而达到能够高效去除水体中低浓度氨氮的效果。本发明可用于工厂化水产养殖，水处理技术，生物过滤器等领域，具有很好的市场前景和工程应用前景的研究与应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-养殖废水箱；2-蠕动泵；3-硅胶管；4-盘片；5-水箱；6-同步带轮；7-导线；8-变压器；9-n片石墨片；10-水平旋转轴；11-同步带；12-减速电机；13-不锈钢架。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括供液系统、串联式生物转盘系统和供电系统；其中：

供液系统：包括养殖废水箱1、蠕动泵2和硅胶管3；蠕动泵2通过硅胶管3将养殖废水箱1内的养殖废水通入串联式生物转盘系统的水箱中；

串联式生物转盘系统：有4个水箱5（四个水箱大小相同或不相同，图中为不相同），第1水箱至第4个水箱依次从高至低设置在阶梯形的不锈钢架13上，第1水箱内的水平旋转轴10中安装有5片盘片4作为生物膜附着基物，露出第1水箱外靠近下一级水箱的水平旋转轴10装有1个同步带轮6；第2水箱内的水平旋转轴10中安装有5片盘片，露出第2水箱外水平旋转轴10的两端装有2个同步带轮6；第3水箱内的水平旋转轴10中安装有7片盘片，露出第3水箱外的水平旋转轴10两端装有2个同步带轮6；第4水箱内的水平旋转轴10中安装有7片盘片，露出第4水箱外靠近的水平旋转轴10两端装有2个同步带轮；相邻水箱的同步带轮6均用各自同步带11连接，第4个水箱远离上一个水箱一端的同步带轮6通过同步带11与减速电机12上的同步带轮6连接。

供电系统：包括导线7、变压器8和4片石墨片9；变压器8与电源连接，将220V交流电源转变为直流电压，4片石墨片9分别安装在各自水箱底部作为电源阳极与变压器正极输出端连接，所有盘片4作为阴极通过导线与变压器负极输出端连接，盘片与盘片之间通过导线连通，保证每个盘片与石墨片之间都存在电压差。

当完成挂膜以后，将盘片及石墨片通入电压，由于氨氮去除率f(x)与氨氮浓度x之间存在一定的函数关系，所以当通电电压为0V时，f(x)=2972*(x-0.21)/(x+12.65);而当通电电压为1V时，f(x)=3172*(x-0.17)/(x+8.84)。由两个方程可以看出，不仅通电后氨氮去除率在高浓度下有明显的提高，而且能降低水体中最低的氨氮浓度。从而验证了串联式电极-生物膜过滤器的氨氮去除能力。所以，该套过滤器既可以高效去除水体中的氨氮含量，也可以降低硝氮浓度，在工厂化水产养殖中使养殖池的换水量大大降低，从而降低养殖成本，增加养殖利润。

所述4个水箱内的盘片转动时的浸水面积占整个盘片的40%～90%，本例中分别为55%，77%，73%和86%。

所述蠕动泵的流量随处理水体内氨氮浓度的不同而不同，本例中使用46.08L/day；

所述石墨片的大小及安放位置为布满整个水箱内壁为最佳，本例中采用放置于水箱底部。

所述减速电机与旋转轴的转速通过调速器将转速固定在3-6rpm；

所述盘片与石墨片之间的电压差固定在1-10V。

Claims (2)

1.一种串联式电极-生物膜过滤器，其特征在于：包括供液系统、串联式生物转盘系统和供电系统；其中：

供液系统：包括养殖废水箱（1）、蠕动泵（2）和硅胶管（3）；蠕动泵（2）通过硅胶管（3）将养殖废水箱（1）内的养殖废水通入串联式生物转盘系统的水箱中；

串联式生物转盘系统：有n个水箱，第1水箱至第n个水箱依次从高至低设置在阶梯形的不锈钢架（13）上，第1水箱内的水平旋转轴中安装有多片盘片，多片盘片中心以下部分浸入到第1水箱中的废水中，露出第1水箱外靠近下一级水箱的水平旋转轴装有第1同步带轮；n-1个水箱的盘片数量相同或不同外，其余结构相同，均包括有一根水平旋转轴，水平旋转轴露出水箱外的两端分别装有同步带轮，水平旋转轴在箱体内部的一段均安装有多片盘片，多片盘片一部分浸入到水箱中的废水中，相邻水箱的同步带轮均用各自同步带连接，第n个水箱远离上一个水箱一端的同步带轮通过同步带与减速电机上的同步带轮连接；

供电系统：包括导线（7）、变压器（8）和n片石墨片（9）；变压器（8）与电源连接，将220V交流电源转变为直流电压，n片石墨片分别安装在各自水箱底部作为电源阳极与变压器连接，所有盘片作为阴极通过导线与变压器连接，盘片与盘片之间通过导线连通，保证每个盘片与石墨片之间都存在电压差。

2.根据权利要求1所述的一种串联式电极-生物膜过滤器，其特征在于：所述n个水箱内的盘片转动时的浸水面积占整个盘片的40%～90%。

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