CN107010729B - 一种气水异向流渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气水异向流渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法。系统的最底层为承托层，其上为电生物降解层，在电生物降解层中沿程自下而上非等间距交替布置阴极板和阳极板，电极板间填充高效催化的三维粒子电极。根据阳极产氧气阴极产氢气原理，设置阴阳两极板间距呈递减式，实现了电生物降解强度的渐变和溶解氧浓度的渐变，使系统内形成好氧‑厌氧不同区域。系统中气水异向流动，气体由下而上，水由上而下。本发明的处理方法，包括如下步骤：（1）常温低氨氮城市污水进入系统；（2）流经电生物降解层；（3）出水。本发明在气水异向流渐变式全程自养脱氮系统中实现了亚硝化‑厌氧氨氧化‑反硝化的共生菌种体系，出水水质稳定。

Description

一种气水异向流渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别是涉及一种气水异向流渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法。
背景技术
水体富营养化的日益严重使污水中氮的去除越来越受到重视，传统的硝化反硝化生物脱氮工艺中反硝化过程需要消耗大量的碳源，而实际的城市生活污水中有机碳的含量往往比较低，不足以维持反硝化过程的进行，导致出水中氮的含量偏高，不能满足日益严格的出水要求。全程自养脱氮工艺是在厌氧氨氧化反应的基础上发展起来的，该工艺将亚硝化反应和厌氧氨氧化反应结合在同一个系统中，但还存在一些限制其发展的问题，主要包括启动时间长、去除负荷低（最大总氮去除率仅为89%，无法实现完全脱氮）、溶解氧难精确控制、难以长期稳定运行等。目前相关的研究主要集中于高氨高温（25℃以上）或高氨氮(>400mg•L-1)废水，如污泥消化液和渗滤液，而对常温低氨氮浓度的城市生活污水的处理是目前水处理技术的一大难题。
电生物耦合法是在同一个系统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，实现互补和增强处理效果，从而达到提高污水处理效率，降低设备投资等目的。电场对微生物的废水处理性能具有强化作用，许多研究结果表明，直接或是间接利用外加电场能够刺激生物体的生化反应能力，从而提高生物体活性。当外加电场存在时，电子可从工作电极传递给附着其上的生物体，并在一定程度上参与生物体内能量代谢的电子传递过程，从而刺激或改变生物体的新陈代谢。
全程自养脱氮主要通过生物膜或颗粒污泥作为脱氮模型和载体加以实现，其具体是利用两类功能细菌（氨氧化菌和厌氧氨氧化菌)的协同作用将氨氮以短程硝化途径转化为N2的生物反应过程。渐变式全程自养脱氮系统的构建是根据电解阳极产氧气阴极产氢气、沿程自下而上交替布置阳极阴极，其内填充高效催化的粒子电极。通过配置系统内好氧-厌氧区域，扩大功能菌有利生境范围，同步实现亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化的共生菌种体系。本发明要解决的技术问题是针对常温低氨氮浓度城市生活污水的处理，提供一种渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法，以解决全程自养脱氮工艺存在去除负荷低、溶解氧难精确控制的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决常温低氨氮浓度城市生活污水的处理，提供一种气水异向流渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法。为解决上述问题，本系统主要包括主系统、供电系统、供水系统三部分。其中主系统的核心为圆柱形有机玻璃容器，直径 150mm，高1800mm。包括进水口、反冲洗进水口、出水口、主电极、持久性粒子电极以及系统壳体。主系统最底层为承托层，高度为200mm，其上为电生物降解层，由粒子电极和非等间距布置的阴阳电极板组成，高度为1200mm。采用多孔钛板为主电极阳极，不锈钢孔板为主电极阴极，两电极板交叉设置，电生物降解层自下而上依次为阴极板、粒子电极层、阳极板、粒子电极层、阴极板、粒子电极层、阳极板、粒子电极层、阴极板、粒子电极层、阳极板、粒子电极层。三对电极板间的距离从下而上分别为：300mm、300mm、200mm、200mm、100mm，两电极板间均填充高效持久性粒子电极，粒径3-5mm。其中系统最上部阳极板到粒子电极表层的距离是100mm。主电极的安装方式采用法兰固定，阴极和阳极尺寸直径 180mm，内部孔径为3mm。气水在系统中异向流动，气体由下而上，水由上而下。阳极板电解产生氧气，阴极板附近产生氢气，每对电极之间，离阳极板越近，氧气浓度越高，离阴极板越近，氢气浓度越高。随着水的流动，由于微生物的利用和电化学的作用，使得氧气和氢气的浓度在不断的减小，经过电生物降解层的逐级降解，使污染物浓度不断降低。供电系统：主电极阳极、主电极阴极分别通过阳极线、阴极线与电源正负极相连。供水系统：高位水箱中的常温低氨氮污水由进水泵加压到系统，经电生物降解层逐级处理以后，进入到承托层，由出水管流出。系统运行过程：高位水箱（12）中的常温低氨氮城市污水经进水管（11）流入进水泵（10），污水被压入系统内，流经非等间距布置阴阳极的电生物降解层，经电生物降解层的有效降解后，进入承托层（7），处理后的水由出水管（15）流出。在此过程中，反冲洗阀门（9）处于关闭状态。反冲洗过程：反冲洗水经过反冲洗进水管（8）进入系统底部，流经承托层（7），进入非等间距布置阴阳极的电生物降解层，反冲洗水经过反冲洗出水管（17）流出。此时，反冲洗出水管阀门处于开放状态，其他阀门处于关闭状态。
渐变式全程自养脱氮系统的构建是根据电解阳极产氧气阴极产氢气，使系统内形成好氧-厌氧不同区域环境。在好氧区域，氨氧化菌利用阳极产生的氧气将常温低氨氮城市生活污水中的NH4 +氧化为NO2 -，通过调节电流密度的大小，能容易的将溶解氧浓度控制在1mg/L以下，目的是扩大功能菌（氨氧化菌）的大量积累，抑制亚硝酸盐氧化菌的生长，使得NO2 -难进一步氧化为NO3 -，从而将反应控制在NO2 -阶段。在此阶段中，通过利用阳极板的纯氧曝气，成功的将溶解氧浓度控制在1mg/L以下，解决了利用传统曝气装置（空气压缩机）难将溶解氧浓度控制在1mg/L以下的问题。在厌氧区域，厌氧氨氧化菌将NO2 -转化成N2，在自养脱氮系统中存在的另一种菌（完全氨氧化菌）可将NH4 +直接氧化成NO3 -，使得系统中只有89%的NO2 -被还原为N2，而由于本发明将系统设计成阳极、阴极交替放置，在系统运行过程中，阴极不断产生具有还原性的H2，可将那11%的NO3 -还原为NO2 -,这部分NO2 -进而被亚硝酸盐菌转化为N2，从而实现100%的脱氮效果，突破传统全程自养脱氮的总氮去除率只能达到89%的局限。在渐变式全程自养脱氮系统中实现了亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化的共生菌种体系，从而有效降解常温低氨氮城市生活污水。
在气水异向流渐变式全程自养脱氮系统中，沿程自下而上交替布置阴极板阳极板，其内填充高效催化的粒子电极，通过外加电场，提高各功能菌群特别是厌氧氨氧化菌的新陈代谢能力。在阳极附近产生氧气，实现渐变式纯氧曝气，提高气-液物质传输率，从而增加反应速率。由于系统类型属于下向流，污染物浓度自上而下越来越小，且阴阳两极之间距离在不断增大，一方面实现了电生物降解强度的渐变，另一方面实现了溶解氧浓度的渐变，使得降解污染物的能力由上而下逐级减弱。本发明适用于常温低氨氮城市生活污水的处理，在电场和微生物的作用下，根据电解阳极产氧气阴极产氢气, 沿程自上而下交替布置阳极板阴极板，其内填充高效催化的粒子电极，能有效解决全程自养脱氮工艺存在去除负荷低（最大总氮去除率仅为89%，无法实现完全脱氮）、溶解氧难精确控制（利用空气压缩机很难将溶解氧浓度控制在1mg/L）的问题。
附图说明
图1为本发明一种气水异向流渐变式全程自养脱氮系统及其处理方法示意图，结合本图做进一步的说明。
图1中：（1）电源 (2)阳极线 (3)阴极线 (4)粒子电极 (5)多孔阴极板 (6)多孔阳极板 (7)承托层 (8)反冲洗进水管 (9) 反冲洗阀门 (10) 进水泵 (11) 进水管 (12) 高位水箱 (13) 进水管阀门 （14）出水管阀门 (15) 出水管 （16）反冲洗出水管阀门 （17）反冲洗出水管。
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(12)中的常温低氨氮城市生活污水经进水管（11）通过进水泵(10)进入系统，向下流经非等间距布置阴阳极的电生物降解层，经电生物降解层的有效降解后，流入承托层（7）。在此过程中，电源的正负极分别由阳极线（2）、阴极线（3）与多孔阳极板（6）和多孔阴极板（5）相连接，阳极产氧气，阴极产氢气，通过外加电场，可提高各功能菌群特别是厌氧氨氧化菌的新陈代谢能力，根据系统内好氧-厌氧区域的分配，扩大功能菌有利生境范围，实现渐变式纯氧曝气，提高气-液物质传输率，同步实现亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化的共生菌种体系，在此电生物降解层中将氨氮有效转化成N2，处理后的出水经出水管（15）流出系统。
实施例二：
高位水箱(12)中的常温低氨氮城市生活污水经进水管（11）通过进水泵(10)进入系统，向下流经非等间距布置阴阳极的电生物降解层，经电生物降解层的有效降解后，流入承托层（7）。在此过程中，电源的正负极分别由阳极线（2）、阴极线（3）与多孔阳极板（6）和多孔阴极板（5）相连接，阳极产氧气，阴极产氢气，通过外加电场，可提高各功能菌群特别是厌氧氨氧化菌的新陈代谢能力，根据系统内好氧-厌氧区域的分配，扩大功能菌有利生境范围，实现渐变式纯氧曝气，提高气-液物质传输率，同步实现亚硝化-厌氧氨氧化-反硝化的共生菌种体系，在此电生物降解层中将氨氮有效转化成N2，处理后的出水经出水管（15）流出系统。当达到预定的水头损失时，对系统进行反冲洗，反冲洗后的水由出水管（17）流出系统。

Claims (7)

1.一种基于气水异向流渐变式全程自养脱氮系统的处理方法，其特征在于：该系统由进水口、反冲洗进水口、出水口、多孔阳极板、多孔阴极板、持久性粒子电极以及系统壳体组成；最底层为承托层，其上为含有非等间距布置阴阳极的电生物降解层，电生物降解层由粒子电极和非等间距布置的多孔阴、阳极板组成，多孔阴、阳极板交叉设置，两电极板间均填充高效持久性粒子电极，自下而上依次为多孔阴极板、粒子电极层、多孔阳极板、粒子电极层、多孔阴极板、粒子电极层、多孔阳极板、粒子电极层、多孔阴极板、粒子电极层、多孔阳极板、粒子电极层，电极板间的距离自下而上分别为：300mm、300mm、200mm、200mm、100mm；直流电源的正负极分别与多孔阳极板、多孔阴极板相连；多孔阳极板电解产氧气，多孔阴极板附近产氢气，每对电极之间，离多孔阳极板越近，氧气浓度越高，离多孔阴极板越近，氢气浓度越高，随着水的流动，由于微生物的利用和电化学的作用，使得氧气和氢气的浓度在不断的减小，经过电生物降解层的逐级降解，使污染物浓度不断降低；高位水箱(12)中的常温低氨氮城市生活污水经进水管(11)流入进水泵(10)，污水被压入系统内，向下流经非等间距布置的多孔阳极板、多孔阴极板及粒子电极层，经有效降解后，进入承托层(7)，处理后的水由出水管(15)流出；反冲洗过程：反冲洗水经过反冲洗进水管(8)进入系统底部，流经承托层(7)，进入非等间距布置的多孔阴极板、多孔阳极板及粒子电极层，反冲洗水经过出水管流出。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：系统为圆柱形有机玻璃容器，直径150mm，高1800mm。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述的多孔阳极板采用多孔钛板，多孔阴极板采用不锈钢孔板。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：系统的构建是根据电解阳极产氧气阴极产氢气，使系统内形成好氧-厌氧不同区域环境，通过调节电流密度的大小，实现阳极板的纯氧曝气，克服了利用传统曝气装置难将溶解氧浓度控制在1mg/L以下的问题。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：通过利用多孔阴极板产生的还原性气体H2，可将由完全氨氧化菌氧化生成的NO3 -还原成N2。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：由于沿程自下而上非等间距交替布置阳极阴极，一方面实现了电生物降解强度的渐变，另一方面实现了溶解氧浓度的渐变，使得降解污染物的能力由上而下逐级减弱。
7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于：气水在系统中异向流动，气体由下而上，水由上而下。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107500405A (zh) * 2017-09-16 2017-12-22 济南大学 一种去除布洛芬的序批式厌氧颗粒污泥的方法
CN113305146B (zh) * 2021-06-22 2022-04-08 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种有机污染土壤生物修复装置及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09239370A (ja) * 1996-03-08 1997-09-16 Able Kk 水生寄生生物の繁殖抑制装置、並びに貝類及び藻類の付着抑制装置
KR100716206B1 (ko) * 2006-12-27 2007-05-10 주식회사 루미웰엔지니어링 극성 물질 분리장치
JP2007260493A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Kurita Water Ind Ltd 電解装置
CN101423266A (zh) * 2008-11-18 2009-05-06 南京赛佳环保科技有限责任公司 水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备
CN105502838A (zh) * 2016-01-15 2016-04-20 济南大学 一种镀铜废水净水系统及净水方法
CN105523668A (zh) * 2015-12-04 2016-04-27 陈丽珊 一种pcb含氨氮废水零排放处理方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002079248A (ja) * 2000-09-06 2002-03-19 Tominaga Oil Pump Mfg Co Ltd 電解水生成装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09239370A (ja) * 1996-03-08 1997-09-16 Able Kk 水生寄生生物の繁殖抑制装置、並びに貝類及び藻類の付着抑制装置
JP2007260493A (ja) * 2006-03-27 2007-10-11 Kurita Water Ind Ltd 電解装置
KR100716206B1 (ko) * 2006-12-27 2007-05-10 주식회사 루미웰엔지니어링 극성 물질 분리장치
CN101423266A (zh) * 2008-11-18 2009-05-06 南京赛佳环保科技有限责任公司 水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备
CN105523668A (zh) * 2015-12-04 2016-04-27 陈丽珊 一种pcb含氨氮废水零排放处理方法及装置
CN105502838A (zh) * 2016-01-15 2016-04-20 济南大学 一种镀铜废水净水系统及净水方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李雪等.三维电极体系在废水处理中的应用.《中国资源综合利用》.2016,第34卷(第4期),第29-33页. *

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