CN108178284A - 一种裹绕生物膜旋转负极污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种裹绕生物膜旋转负极污水处理装置，涉及一种处理有机污废水的圆筒型旋转电极生物膜反应装置，所述装置包括壳体、进水口及出水口，所述壳体为圆筒型，壳体内部的反应槽内设有旋转电极反应器，所述旋转电极反应器包括设置在所述壳体内壁上的正极以及设置在所述反应槽中的旋转负极组，所述正极由一个圆筒式正极板组成，所述旋转负极组由多个负极板并联组成；所述负极板表面裹绕若干层生物膜；反应槽中心设有搅动器，所述搅动器包括多个搅动叶片和绝缘搅动轴承，所述搅动叶片表面裹绕若干层生物膜，所述绝缘搅动轴承间连接有接电套管，所述旋转负极组由所述绝缘搅动轴承带动旋转。本发明装置对于高浓度有机废水的处理效果好，反应区域大，同时电耗降低，处理成本降低。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及一种利用电催化和生物膜技术处理有机污废水的装置。
背景技术
电催化氧化反应技术是利用电化学方法持续产生具有高活性的羟基自由基，使有机物得以降解矿化。传统的金属氧化物电极反应装置采用的是多组极板装配在同一反应槽中，存在传质效果差，电流效率低，水力停留时间短以及能耗高等缺点。现有的电催化氧化反应装置有很多不足，例如：多组电极同时工作时，水力停留时间过长，处理效果和处理效率低下；阳极板的活性表面层利用率较低；现有反应装置进水布水设备形式单一，废水容易在反应装置内形成水力学短流或死角，影响处理效果；现有反应装置在使用过程中会放出大量的热，随着工作时间的延长，装置内的温度会不断升高，严重影响装置的工作效率和使用寿命。
膜生物反应器技术，因其取代传统生物处理工艺中的二沉池，实现高污泥浓度运行，且具有出水水质好、运行维护简单、占地面积小、污泥浓度高、剩余污泥产量低等优点，在废水处理领域得到广泛应用。虽然该技术拥有许多传统活性污泥法所不具有的优点。但是，其能耗高、成本高仍是阻碍其发展的两大瓶颈。高昂的膜价格以及频繁的膜污染造成的膜组件清洗、更换是导致该技术运行成本高的主要原因。而膜污染造成的膜使用寿命缩短、频繁的化学清洗、膜通量下降以及操作费用的增加等问题，大大限制了该技术的推广和应用。
可见，现有技术中的上述两种水处理技术均具有相应的问题和不足。
发明内容
为解决上述问题，本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种将电催化氧化方法和生物膜方法相结合的反应装置，具有传质效率高，反应区域大，水体扰动效果增强，处理效率高，造价低廉，操作简便的特点。
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。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种裹绕生物膜旋转负极污水处理装置，所述装置包括壳体、进水口及出水口，所述壳体为圆筒型，壳体内部形成一反应槽，所述反应槽内设有旋转电极反应器，所述旋转电极反应器包括设置在所述壳体内壁上的正极以及设置在所述反应槽中的旋转负极组，所述正极由一个圆筒式正极板组成，所述旋转负极组由多个负极板并联组成；所述负极板表面裹绕若干层生物膜；反应槽中心设有搅动器，所述搅动器包括多个搅动叶片和绝缘搅动轴承，所述搅动叶片表面裹绕若干层生物膜，所述绝缘搅动轴承间连接有接电套管，所述旋转负极组由所述绝缘搅动轴承带动旋转，所述进水口设置在所述壳体下部外侧并与壳体内反应槽连通；所述出水口设置在所述壳体顶部边缘。
进一步，所述旋转负极组的负极板的数量与搅动叶片的数量相等，且负极板与搅动叶片外端部分别对应连接，且负极板的横截面为圆弧形，且所有负极板的圆弧直径相等使得多个负极板的板面位于同一个圆桶面上，所述负极板所在圆柱面与所述正极板圆筒同心共轴，且间距始终保持一致。
进一步，所述绝缘转动轴承上面套接圆柱形接电套管作为转动中心轴；所述搅动叶片以插接或焊接方式与所述接电套管中心轴相连接；所述负极板以插接或焊接方式同所述搅动叶片外端部相连接，所述负极板通过负极接电管贯穿搅动叶片和接电套管中心轴电连接。
进一步，所述负极板和搅动叶片的数量为4-12个，优选为6个。
进一步，所述正极板为采用溶胶凝胶法烧结的钛基锡锑电极，所述负极板为草酸改性的钛电极。
进一步，所述正极板与所述负极板中间设有一层隔膜，所述隔膜采用醋酸纤维膜。
进一步，所述正极板与所述隔膜中间反应区充填粒子电极，增加电极间的传质。
进一步，所述进水口设置在所述壳体的下部的外侧，所述进水口的进水方向逆于所述旋转负极组的转动方向。
进一步，所述壳体的顶部的边缘形成有堰型出水口，在所述堰型出水口的外侧下部设置有出水导流槽，所述出水口是设置在所述出水导流槽的外侧。
进一步，所述壳体的底部设有排渣口和截止阀；所述壳体的顶部位置设置有泡沫清除装置，所述泡沫清除装置包括平行于所述壳体的顶面的旋转清除刮板及用于将所述旋转清除刮板同所述绝缘转动轴承相连的连接器。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比有如下优势：
采用本发明的圆筒旋转型电极生物膜反应装置来处理有机污废水，有效解决了废水处理不完全导致正电极表面容易沉积杂质和有机积碳的不足，废水的处理效果进一步提高，特别是对于高浓度有机污废水的处理效果明显增强，反应区域面积大，同时电耗降低，处理成本降低；通过隔膜将正负极板反应区域分隔开，充分利用两极反应区域，负极板与生物膜能良好的协同处理污染物；隔膜与正极板间布有粒子电极，增加了电极的传质效率；不需要外加搅拌装置，无需外源供氢，氢气利用率高，简化了操作流程；反应器的良好密封性为微生物的生长提供了缺氧条件，可以有效去除水体中多种氧化性污染物。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为根据本发明的圆筒型电极生物膜反应装置的俯视结构示意图；
图2为根据本发明的圆筒型电极生物膜反应装置的立体结构示意图；
其中：1、壳体；2、进水口；3、出水口；30、堰型净水出口；31、出水导流槽；4、裹绕生物膜的搅动叶片；40、绝缘搅动轴承；41、接电套管；5、裹绕生物膜的负极板；50、正极板接电柄、51、正极板；6、排渣口；60、截止阀；7、隔膜；8、粒子电极。
具体实施方式
下面，将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
参见图1-2，本发明的圆筒旋转型电极生物膜反应装置主要包括壳体1、进水口2、出水口3、旋转反应器、转动装置、隔膜7、粒子电极8等。所述壳体1为圆筒型并形成一反应槽，反应槽内设有旋转反应器，所述旋转反应器包括设置在所述壳体1的内壁上的正极板51以及设置在反应槽中的旋转负极组，所述正极板51由1个筒式正极板组成，所述旋转负极组由6个裹绕生物膜的负极板5并联组成。反应槽中心设有搅动器，所述搅动器包括6个裹绕若干层生物膜搅动叶片4和绝缘搅动轴承40，所述绝缘搅动轴承40上面套接圆柱形接电套管41作为转动中心轴，所述进水口2设置在所述壳体1下部外侧并与壳体1内反应槽连通；所述出水口3设置在所述壳体顶部边缘。所述搅动叶片以焊接方式与所述接电套管41中心轴相连接；所述负极板5以焊接方式同所述搅动叶片4外端部相连接，所述负极板5通过负极接电管贯穿搅动叶片和接电套管中心轴41电连接。所述负极板的横截面为圆弧形，且所有负极板的圆弧直径相等使得多个负极板的板面位于同一个圆桶面上，所述负极板所在圆柱面与所述正极板圆筒同心共轴，且间距始终保持一致。具体地，所述接电套管41中心轴设置于壳体1的中心位置并上下固定。
较佳地，在本发明中，所述筒式正极板51的尺寸可为高600～900mm，上下圆筒直径Φ300～500mm，且在所述筒式正极板51的上下边缘分别焊接有一个100*50mm的正极接电柄50，所述正极接电柄50横向设置并从所述壳体1穿出。所述裹绕生物膜的负极板5与所述筒式正极板51平行对立设置，正负极板保持同心共轴，高度保持一致；所述裹绕生物膜的负极板5与所述筒式正极板51的间距可为10～80mm。所述裹绕生物膜的搅动叶片4采用弧形绝缘板，弯折弧度为90～120度。所述裹绕生物膜的负极板5在所述圆周面上均布。。
所述筒式正极板51采用溶胶凝胶法烧结的钛基锡锑电极，所述负极板5采用草酸改性的钛电极。
所述筒式正极板51与所述负极板5中间设有一层隔膜7，所述隔膜7采用醋酸纤维膜。所述筒式正极板51与所述隔膜7中间布有粒子电极8，所述粒子电极8包括硅胶颗粒和镍包铜粉，镍包铜粉分散位于硅胶颗粒中，镍包铜粉中镍含量为30％，镍包铜粉的分布密度为100～150g/L，硅胶颗粒中二氧化硅的含量大于等于98％，硅胶颗粒的分布密度为200～250g/L。
继续参考图1和图2，所述进水口2设置在所述壳体1下部的外侧，且所述进水口2的进水方向逆于所述负极板5的转动方向。所述进水口2的内直径可为300mm，且所述进水口2的数量可为1～2个。在所述壳体1的顶部的边缘设置有堰型出水口30，在所述堰型出水口30外侧的下部设置有出水导流槽31，所述出水口3是设置在所述出水导流槽31的外侧。所述出水导流槽31的宽度可为150～200mm，所述出水口3的内直径可为200mm，所述出水口3的数量可为1～2个。
继续参考图2，在本发明中，在所述壳体1的底部设置有排渣口6，用以排放水处理中产生的废渣。在所述排渣口6处设置有截止阀60，用以控制所述排渣口6的开关。所述排渣口6在反应装置运行过程中可间歇排渣，并取样检测该反应器的处理效率，以便进一步控制。
在本发明一实施例中，所述壳体1的顶部位置设置有泡沫清除装置，所述泡沫清除装置包括平行于所述壳体的顶面的旋转清除刮板及用于将所述旋转清除刮板同所述绝缘转动轴承相连的连接器。
在本实施例中，所述正极接电柄50和负极接电管分别外接电源动力装置，电源动力装置采用低压直流电源，电压0～50V可调，电流0～2A可调。所述搅动叶片4与所述绝缘搅动轴承40外接电源动力装置，电源动力装置采用低压高流直流电源，电压0～50V可调，电流0～500A可调。
在本发明中，有机污废水通过进水管2进入，并经过正极板51，表面裹绕若干层的生物膜的搅动叶片4和表面裹绕若干层的生物膜的负极板5处理后汇入出水导流槽31，从出水口3排出。
比较例
采用本发明上述实施例的圆筒旋转型电极生物膜反应装置与传统电化学氧化处理装置对含全氟辛酸的废水进行处理。
1)废水电导率≥1800μS/cm；
2)潜水泵流量为2～3t/h；
3)电压≤15V，电流≤50mA/cm2；
4)泡沫消除装置工作频率为10～15次/h。
其他未注明条件参照传统电化学氧化处理装置常规处理条件。
对比结果见表1。
表1：传统装置与本发明处理全氟辛酸废水结果对比
由表可见，处理相同浓度的全氟辛酸，本发明装置比传统装置在单位时间内处理更多废水，处理效率明显提升，能耗明显下降。在连续运行中，未见阳极板表面有机碳沉淀，而传统装置在连续运行过程中，处理效率下降明显，阳极板表面有机碳沉淀堆积。并且经检验，污废水经过处理后氨氮含量明显减少，对比传统生物膜法，本发明装置处理效果显著增强，且运行状态良好，设备维护方便。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易对本实施例做出各种修改，并把在此说明的原理应用到其它实例施而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，不脱离本发明范畴所做出改进和修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种裹绕生物膜旋转负极污水处理装置，其特征在于，所述装置包括壳体、进水口及出水口，所述壳体为圆筒型，壳体内部形成一反应槽，所述反应槽内设有旋转电极反应器，所述旋转电极反应器包括设置在所述壳体内壁上的正极以及设置在所述反应槽中的旋转负极组，所述正极由一个圆筒式正极板组成，所述旋转负极组由多个负极板并联组成；所述负极板表面裹绕若干层生物膜；反应槽中心设有搅动器，所述搅动器包括多个搅动叶片和绝缘搅动轴承，所述搅动叶片表面裹绕若干层生物膜，所述绝缘搅动轴承间连接有接电套管，所述旋转负极组由所述绝缘搅动轴承带动旋转，所述进水口设置在所述壳体下部外侧并与壳体内反应槽连通；所述出水口设置在所述壳体顶部边缘。
2.如权利要求1所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述旋转负极组的负极板的数量与搅动叶片的数量相等，且负极板与搅动叶片外端部分别对应连接，且负极板的横截面为圆弧形，且所有负极板的圆弧直径相等使得多个负极板的板面位于同一个圆桶面上，所述负极板所在圆柱面与所述正极板圆筒同心共轴，且间距始终保持一致。
3.如权利要求2所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述绝缘转动轴承上面套接圆柱形接电套管作为转动中心轴；所述搅动叶片以插接或焊接方式与所述接电套管中心轴相连接；所述负极板以插接或焊接方式同所述搅动叶片外端部相连接，所述负极板通过负极接电管贯穿搅动叶片和接电套管中心轴电连接。
4.如权利要求3所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述负极板和搅动叶片的数量为4-12个。
5.如权利要求1-4任意一项所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述正极板为采用溶胶凝胶法烧结的钛基锡锑电极，所述负极板为草酸改性的钛电极。
6.如权利要求1-4任意一项所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述正极板与所述负极板中间设有一层隔膜，所述隔膜采用醋酸纤维膜。
7.如权利要求6任意一项所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述正极板与所述隔膜中间反应区充填粒子电极，增加电极间的传质。
8.如权利要求1-4任意一项所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述进水口设置在所述壳体的下部的外侧，所述进水口的进水方向逆于所述旋转负极组的转动方向。
9.如权利要求1-4任意一项所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述壳体的顶部的边缘形成有堰型出水口，在所述堰型出水口的外侧下部设置有出水导流槽，所述出水口是设置在所述出水导流槽的外侧。
10.如权利要求1-4任意一项所述的旋转电极生物膜反应装置，其特征在于，所述壳体的底部设有排渣口和截止阀；所述壳体的顶部位置设置有泡沫清除装置，所述泡沫清除装置包括平行于所述壳体的顶面的旋转清除刮板及用于将所述旋转清除刮板同所述绝缘转动轴承相连的连接器。
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