CN104118931B - 一种电生物耦合净水系统及净水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电生物耦合净水系统及净水方法。电生物耦合净水系统的三维粒子电极层位于吸附型生物滤料层上部，三维粒子电极层与吸附型生物滤料层通过不锈钢孔板电极相连接，吸附型生物滤料层底部与溶气配水室通过塑料多孔板的形式相连接，配水室接有曝气装置和回流装置。本发明的净水方法，包括如下步骤：（1）原水在溶气配水室里与气体、回流水混合；（2）物理过滤、截留；（3）好氧生物处理去除有机物和脱氮；（4）高级氧化；（5）出净水。本发明的净水系统其好氧、高级催化氧化耦合在同一反应器内，水处理中各个阶段相互协同，并且在物理过滤、好氧处理、高级氧化的相互作用下，达到预定的处理效果，出水水质稳定。

Description

一种电生物耦合净水系统及净水方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别是涉及一种可用于污水处理的电生物耦合池净水系统及净水方法。

背景技术

电生物耦合技术是在同一个反应器内将电化学反应与微生物反应耦合起来，彼此发挥各自的长处，达到互补和增强处理效果的目的，从而实现提高污水的去除效率，降低设备投资等。生物处理和电化学处理是用于污染控制的两种重要方法，二者各有其优缺点。电生物耦合技术可充分发挥二者的优点，并弥补或克服对方的缺点，因此具有更好的处理效果和更广泛的应用。

当前电生物反应器的设计不能满足废水处理更高的要求。因此，我国部分学者以电生物处理废水的基本原理为出发，基于反应器内部结构、电极材料等设计出各种有利于发挥其协同作用的反应器。郭一令等设计了旋转电极型生物反应器，对以氢气为电子供体的自养反硝化脱氮进行研究。曲久辉等采用活性炭纤维或石墨板作阳极，活性炭纤维作阴极，设计了采用自然吸附法挂膜的电生物反应器。范彬等设计了下部为固定床异养反硝化，上部为电极生物膜反硝化的反应器，通过培养异养微生物获得了良好处理效果。范彬等将三维电极电化学处理技术与生物膜法相结合研制了的电生物反应器，使脱氮效果大幅度提高。国内外对于电极生物反应器各方面的研究，不仅从理论上证实了电生物脱氮的可行性，且促进了此类反应器结构设计的更好更快发展。

曝气生物滤池（BAF）技术是一种环保、经济、高效、节能的污水处理新技术,能实现水资源可再生及持续利用,非常适合我国污水处理方面所面临的水资源短缺、资金不足,技术相对落后的现状。BAF基本原理在于以颗粒填料为介质,通过附着在填料上生物膜及聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物链分级捕食作用,实现去除水中污染物的目的。BAF对处理一些有毒有害、难降解有机物方面有了一定的研究，然而城市污水经过二级处理后,BOD/COD非常低,出水COD仍会偏高,废水水质大部分属于溶解性但不可生物降解,因此单独采用BAF对于成分复杂的有毒有害不可生物降解有机物的去除效果较低，这就需要通过如一定的氧化预处理来矿化有机物,使其中一部分被直接氧化成水和二氧化碳等小分子无机物,另一部分被分解为能再次被微生物氧化分解的中间产物，然后通过吸附或者生物方法达到去除有机物的目的。滤料作为曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功能有直接的影响，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。曝气生物滤池的生物降解性能的优劣很大程度上取决于滤料的性质，滤料的选择不仅决定了可供微生物附着生长的比表面积的大小和生物膜量的多少，还影响着反应器中的水动力学状态。目前具有一定特殊性能的滤料已经应用到BAF中，例如：活性炭颗粒、天然斜发沸石，这些具有一定吸附性能和离子交换性能的滤料，能够很好地将滤料的吸附性、离子交换性能与滤池的过滤、生物代谢功能有机结合起来，更有效地去除城市污水中的难降解有机污染物。

三维电极是一种高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，尤其适用于降解反应速率低或系统中极限电流密度小的反应体系。三维电极的工作机理在于复极性床（没有隔膜）主要通过主电极间的电场使工作电极粒子（高阻抗）因静电感应而分别带上正负电荷，使每一个粒子成为一个独立的电极，电化学氧化和还原反应可在每一个电极粒子表面同时进行，缩短了传质距离。粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，常用的几种粒子电极包括活性炭、金属氧化物以及负载的金属或金属氧化物，然而这些粒子电极存在如下问题：活性炭颗粒的阻抗相对较小，装填于三维电极反应器中运行时容易形成短路电流，从而降低电流效率，并且活性炭粒子在电解过程中还会出现粉化现象；金属氧化物粒子电极在电解过程中会有一些有毒的离子溶出，会成为二次污染物，例如PbO₂粒子电极；负载的金属或金属氧化物克服了活性炭粒子电极的缺点，提高了废水处理效果，但也存在负载金属易于脱落等问题。目前，对于三维电极体系，为了提高电流效率，在深入了解三维电极催化反应机理的基础上，设计及制备在常温常压条件下具有良好的导电性、吸附性和催化性能粒子电极是今亟待解决的关键问题。

本发明将曝气生物滤池和三维电极处理技术的优势耦合在同一反应器内进行城市污水深度处理难降解有机物，区别与常规的分别在两个反应器进行的组合工艺。三维电极与曝气生物滤池耦合系统不但综合了曝气生物滤池处理成本低、三维电极处理难降有毒污染物效果好的特点，而且可将三维电极反应中引起的电流效率低的副反应如析氢、析氧、产热、析氯、电迁移等有效地利用于生物反应中，因此在整个耦合技术的层面上使电流效率和处理效果大幅提高，同时降低了处理成本。

发明内容

本发明的目的在于解决上述电生物反应器不足的问题，提供了一种电生物耦合净水系统及净水方法。

为解决上述问题，本发明包括电生物耦合池，回流装置，溶气配水室构成。

所述的电生物耦合池包括三维粒子电极层和吸附型生物滤料层，三维粒子电极层位于吸附型生物滤料层上部，上部连通主电极阳极和主电极阴极，主电极阳极和主电极阴极分别为钛网和不锈钢孔板，由钛网和不锈钢孔板交替平行设置，间隔5-8cm，催化粒子电极填充于主电极之间，吸附型生物滤料层处理后的水通过不锈钢孔板电极从吸附型生物滤料层上部进入三维粒子电极层，直流电源通过阳极线、阴极线分别和钛网和不锈钢孔板电极相连，吸附型生物滤料层底部与承托层连接，承托层通过塑料多孔板与溶气配水室相连通。

所述的电生物耦合池为圆柱型，三维粒子电极层和吸附型生物滤料层直径形同，高度比为3:7，分别装填3-5mm钢渣基粒子电极和3-5mm沸石。

所述的回流装置为回流泵，设于回流管上，将三维粒子电极层部分出水，通过回流泵，回流到溶气配水室。

所述的溶气配水室安装有曝气盘、曝气管、反冲洗进水管、污水管、回流管，空气压缩机和曝气管连接，反冲洗水泵和反冲洗进水管连接，回流泵和回流管连接。

一种采用上述所述的一种电生物耦合净水方法，包括如下步骤：(1)向高位水箱引入污水，经过计量泵计量，进入溶气配水室；(2)通过回流泵，将三维粒子电极层上端出水回流到溶气配水室，回流体积比为2:1；（3）向溶气配水室通入压缩空气，气水体积比为5:1-3:1；（4）溶气后的水，流入吸附型生物滤料层，水流以向上形式流过滤料层；（5）过滤后的水，通过不锈钢孔板电极流入三维粒子电极层；（6）直流电源通过阳极线、阴极线分别和钛网、不锈钢孔板电极相连，提供0-12V电压，进行电化学反应；（7）通过三维粒子电极层的水从净水出水管排出；（8）运行一段时间后对电生物耦合净水系统进行反冲洗，先气洗3分钟，然后同时水洗和气洗5分钟，再水洗8分钟。

本发明的有益效果：将好氧和高级氧化的优势耦合在同一反应器内进行污水处理，区别与常规的分别在两个反应器进行的组合工艺。三维电极与曝气生物滤池耦合系统不但综合了曝气生物滤池处理成本低、三维电极处理难降有毒污染物效果好的特点，而且可将三维电极反应中引起的电流效率低的副反应如析氢、析氧、产热、析氯、电迁移等有效地利用于生物反应中，因此在整个耦合技术的层面上使电流效率和处理效果大幅提高，同时降低了处理成本。

附图说明

图1为本发明一种电生物耦合净化系统流程图，结合本图做进一步的说明。

附图1为本发明的流程图。

图1中：1直流电源，2阳极线，3阴极线，4粒子电极，5沸石，6塑料多孔板，7空气压缩机，8曝气盘，9反冲洗泵，10污水计量泵，11回流泵，12不锈钢孔板电极，13配水室，14吸附型生物滤料层，15三维粒子电极层，16高位水箱，17回流管，18净水出水管，19反冲洗进水管，20污水管，21曝气管，22反冲洗出水管，23钛网，24承托层。

具体实施方式

实施例一：

附图为本发明的一种具体实施例，该实施例包括高位水箱16中的污水通过污水计量泵10经污水管20进入溶气配水室13，同时,将三维粒子电极层15上端出水通过回流泵11经回流管17,按照体积回流比为1：1，回流到溶气配水室13，溶气配水室13设有曝气盘8，曝气盘8通过曝气管21与空气压缩机7相连接，以及反冲洗进水管19与反冲洗泵9相连接,通过空气压缩机7向电生物耦合池充气，为微生物和三维粒子电极提供充足的氧气，在溶气配水室13内空气和污水进行充分混合后一起经塑料多孔板6进入承托层24，然后进入吸附型生物滤料层14，经过吸附型生物滤料层14处理后的水通过不锈钢孔板电极12进入三维粒子电极层15,三维电极层15外部接有直流电源1，直流电源1通过阳极线2、阴极线3分别和三维粒子电极室15内的钛网23、不锈钢孔板电极12相连，经过三维粒子电极层15处理后的水一部分通过回流管17回流到配水室13，一部分通过净水出水管18排出。

将高位水箱16中的污水通过污水计量泵10经污水管20进入配水室13，同时,将三维粒子电极层15上端出水通过回流泵11经回流管17,按照一定的体积回流比回流到配水室13，溶气配水室13设有曝气盘8，曝气盘8通过曝气管21与空气压缩机7相连接，以及反冲洗进水管19与反冲洗泵9相连接,通过空气压缩机7向电生物耦合池充气，为微生物和三维粒子电极提供充足的氧气，在溶气配水室13内空气和污水进行充分混合后一起经塑料多孔板6进入承托层24，然后进入吸附型生物滤料层14，滤料为沸石5，高700mm，经过吸附型生物滤料层14处理后的水通过不锈钢孔板电极12进入三维粒子电极层15，内填钢渣基粒子电极4，高度300mm，通过直流电源1向三维粒子电极层15提供电能，经过三维粒子电极层15处理后的水一部分通过回流管11回流到配水室13，一部分通过净水出水管18排出，当达到预定的水头损失时，对电生物耦合净水系统进行反冲洗，首先由空气压缩机7进行气洗，然后打开反冲洗水泵9加压对电生物耦合净水系统进行气水联合冲洗，之后关闭空气压缩机7，再用反冲洗水泵9加压对电生物耦合净水系统进行水洗，反冲洗的水经反冲洗出水管排出。

采用上述一种电生物耦合净水方法包括如下步骤：(1)进水水力负荷为6m³/m²?h，经过污水计量泵计量2，通过污水管进入配水室13；(2)通过回流泵11，将三维粒子电极层15上端出水回流到配水室13，回流体积比为2:1；（3）向溶气配水室通入压缩空气，空气压缩机压力0.3MPa，气水体积比为5:1；（4）溶气后的水，流入吸附型生物滤料层，水流以向上形式流过滤料层；（5）过滤后的水，通过不锈钢孔板电极12流入三维粒子电极层15；（6）直流电源1通过阳极线2、阴极线3分别和钛网23、不锈钢孔板电极12相连，提供8V电压，进行电化学反应；（7）通过三维粒子电极层15的水从净水出水管18排出；(8)运行一段时间后对电生物耦合净水系统进行反冲洗，先气洗3分钟，然后同时水洗和气洗5分钟，再水洗8分钟。

实施例二：

本具体实施例的电生物耦合净水系统与具体实施例一的电生物耦合净水系统相同。

本净水方法与具体实施例一净水方法区别在于：曝气的气水体积比为4:1。

实施例三：

本具体实施例的电生物耦合净水系统与具体实施例一的电生物耦合净水系统相同。

本净水方法与具体实施例一净水方法区别在于：曝气的气水体积比为3:1。

Claims (7)

1.一种电生物耦合净水系统，其特征在于：该系统由电生物耦合池，回流装置，溶气配水室构成；电生物耦合池设吸附型生物滤料层（14）、三维粒子电极层（15），沸石（5）填充于吸附型生物滤料层（14），位于承托层（24)上部，三维粒子电极层（15）设置于吸附型生物滤料层（14)上部，主电极阳极和主电极阴极分别为钛网（23)和不锈钢孔板（12)，催化粒子电极填充于主电极之间；回流装置为回流泵(11)，设于回流管(17)上，将三维粒子电极层(15)的部分出水，通过回流泵(11)，回流到溶气配水室(13)；溶气配水室（13）通过塑料多孔板(6)与承托层（24）连接。

2.一种如权利要求1所述的电生物耦合净水系统，其特征在于：溶气配水室（13）安装有曝气盘（8）、曝气管（21）、反冲洗进水管（19）、污水管（20）、回流管（17），空气压缩机（7）和曝气管（21）连接，反冲洗水泵（9）和反冲洗进水管（19）连接，回流泵（11）和回流管（17）连接。

3.一种如权利要求1所述的电生物耦合净水系统，其特征在于：吸附型生物滤料层（14）、三维粒子电极层（15）串联由下至上组合，通过内循环系统将各反应层耦合，加强了整体的处理效果。

4.一种如权利要求1所述的电生物耦合净水系统，其特征在于：三维粒子电极层（15）置于吸附型生物滤料层（14）之上，三维粒子电极层（15）高度与吸附型生物滤料层（14）高度比为3:7。

5.一种如权利要求1所述的电生物耦合净水系统，其特征在于：三维粒子电极层（15）的主电极由钛网和不锈钢孔板交替平行设置，间隔5-8cm。

6.一种如权利要求1所述的电生物耦合净水系统，其特征在于：三维粒子电极层（15）填充为钢渣基粒子电极。

7.一种如权利要求1所述的一种电生物耦合系统的净水方法，包括如下步骤：(1)向高位水箱引入污水，经过计量泵计量，进入溶气配水室；(2)通过回流泵，将三维粒子电极层上端出水回流到溶气配水室，回流体积比为2:1；（3）向溶气配水室通入压缩空气，气水体积比为5:1-3:1；（4）溶气后的水，流入吸附型生物滤料层，水流以向上形式流过滤料层；（5）过滤后的水，通过不锈钢孔板电极流入三维粒子电极层；（6）直流电源通过阳极线、阴极线分别和钛网、不锈钢孔板电极相连，提供0-12V电压，进行电化学反应；（7）通过三维粒子电极层的水从净水出水管排出；（8）运行一段时间后对电生物耦合净水系统进行反冲洗，先气洗3分钟，然后同时水洗和气洗5分钟，再水洗8分钟。