CN109502768A - 一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器包括反应器壳体、阳极套筒、搅拌器、导流筒、直流电源、生物填料、进水管和出水管。壳体作为阴极直接与直流电源的负极相连。阳极套筒呈圆筒状，与搅拌器的搅拌杆同轴安装，通过绝缘材料固定连接于搅拌杆的外表面，阳极套筒与直流电源的正极相连。本发明通过搅拌器和导流筒的合理布局，实现悬浮填料在反应器内的循环流化；通过在生物反硝化脱氮反应器中曾设阴、阳电极，实现反硝化脱氮的同时大大减少碳源投加量，尤其适合电镀物化出水等电导率高且低碳氮比的废水处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理设备，尤其是一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器。
背景技术
电镀行业废水中的总氮含量较高，主要来源于电镀过程中使用的添加剂（如尿素）和前处理过程中使用的硝酸等。目前，电镀废水处理行业的氨氮基本能达标排放，影响总氮达标的主要因素在于NO－ 3 -N的高效去除。行业中去除硝态氮的工艺以生物反硝化为主，主要有活性污泥法，少量生物膜法。
采用生物法进行反硝化脱氮时，由于电镀废水经物化前处理后有机物含量降低，往往需要额外投加有机物作为碳源，有机物的投加量和投加比例需要严格控制，有机物投加不足，反硝化不完全，而当投加过量，又会产生COD 的二次污染；其次，目前工艺反硝化脱氮负荷较低，处理构筑物和设备占地面积大，固定投资大。
鉴于以上不足，本文旨在发明一种高处理负荷且碳源需求量低的电镀废水反硝化脱氮装置。
发明内容
为克服现有电镀废水反硝化脱氮反应器需额外投加有机碳源、负荷低、占地大的缺陷，本发明提供一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，包括反应器壳体、阳极套筒、搅拌器、直流电源、生物填料、进水管和出水管。壳体作为阴极直接与直流电源的负极相连。阳极套筒呈圆筒状，与搅拌器的搅拌杆同轴安装，通过绝缘材料固定连接于搅拌杆的外表面，阳极套筒与直流电源的正极相连。反应器内部投加悬浮生物填料供微生物附着生长。反应器底部设进水管，上部设出水管。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的阴极反应器壳体材质优选不锈钢或碳钢。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的阳极材质优选钛或者石墨。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的生物填料优选高密度聚乙烯或者聚丙烯，悬浮于反应器中。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的搅拌器优选双曲面搅拌器，所述的反应器顶部装有导流板，有利于悬浮生物填料在反应器中循环流化。
反应器设有阴、阳电极，反应区存在电场，构成生物膜电极反应体系，自养反硝化菌和异养反硝化菌共存，协同参与生物反硝化脱氮反应。
（1）异养反硝化反应
C6H12O6+4NO3 —→6H2O+6CO2+2N2+能量
（以葡萄糖作为有机碳源为例）
由于反应区中电场的存在，反硝化菌细胞膜的通透性进一步提高，加快反应底物和产物的运输，同时反硝化反应细胞酶活性被激发，催化性能提高，加快了反硝化反应。
（2）自养反硝化反应
2H2O+2e=H2+2OH- E0=0V
2.16NO3 —+7.24H2+0.8CO2=N2+2.16OH—+5.6H2O+0.16C5H7O2N
当阴极附近的溶解氧耗尽后，发生电化学产氢反应，生成的H2会因外电场作用向生物膜内扩散。由于阴极表面形成的H2通常是以极微小的气泡存在，因此生物膜中的自养反硝化菌能够高效利用H2进行自养反硝化，此反应利用电化学反应产生的H2作为电子供体，无需外加有机碳源。异养反硝化反应的无机碳源可作为自养反硝化反应的底物。两种反应相互促进，协同完成生物反硝化脱氮反应。
反应区域内生物膜数量多，系统流态平稳无死角，废水与生物膜接触传质良好，生物膜可正常更新，电镀废水电导率高导电性能好，自养、异养反硝化反应协同发生，细胞膜膜通透性好，酶促反应加快，因此生物反硝化反应速率明显高于传统活性污泥法和生物膜工艺。由于存在自养反硝化反应，单位硝态氮整体反硝化反应消耗的有机碳源量大大减小，约2~3:1，生物膜更新脱落产生的剩余污泥量也大大减小。当反应装置处理电镀生化处理系统尾水时，由于自养反硝化反应的协同补充，无需过量投加碳源保证异养反硝化反应完全，反应装置后端无需脱碳保障。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明所述电镀废水反硝化脱氮反应器设有阴、阳电极，形成生物膜电极反应体系，细胞膜通透性好，酶促反应加快，自养、异养反硝化反应协同发生，实现电镀废水高效反硝化脱氮同时大大减少碳源投加量，剩余污泥量也大大减小，尤其适合电镀物化出水等电导率高且低碳氮比的废水处理；
（2）本发明所述电镀废水反硝化脱氮反应器通过搅拌器和导流筒的合理布局，实现悬浮填料在反应器内的循环流化，无短流、无死角，悬浮填料表面老化的生物膜以及垢体会在水力剪切力的作用下脱落，克服传统固定床式生物膜反应器处理电镀废水时易结垢、堵塞的缺陷。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中1.电机，2.反应器壳体，3.阳极套筒，4.搅拌器，5.进水管，6.出水管，7.导流板，8.人孔，9.放空管，10.直流电源，11.生物填料，箭头表示水流和填料运动方向。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，包括反应器壳体2、阳极套筒3、搅拌器4、直流电源10、生物填料11、进水管5和出水管6。反应器壳体2作为阴极直接与直流电源10的负极相连。阳极套筒3呈圆筒状，与搅拌器4的搅拌杆同轴安装，通过绝缘材料固定连接于搅拌杆的外表面，阳极套筒3与直流电源10的正极相连。反应器内部投加悬浮生物填料11供微生物附着生长。反应器底部设进水管5，上部设出水管6。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的反应器壳体2材质优选不锈钢或碳钢。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的阳极材套管3质优选钛或者石墨。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的生物填料11优选高密度聚乙烯或者聚丙烯，悬浮于反应器中，供微生物在其表面附着生长。
上述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，所述的搅拌器4优选双曲面搅拌器，所述的反应器顶部装有导流板7，有利于悬浮生物填料在反应器中循环流化。
一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器以电镀废水处理厂物化处理系统或者生化处理系统出水为对象，反应运行时，废水从进水管5进入反应器，若废水内部碳源不能满足反硝化脱氮需要，可外加适量碳源，外加碳源和废水通过管道混合器后，再从进水管5进入反应器内部。反应器内部填充生物填料11，生物填料11优选比表面积约600~800m2/m3的聚丙烯或者聚乙烯，生物填料11的填充率为30~60%。由于生物填料11的比表面积较大，且亲水性佳，其表面可附着生长大量反硝化菌生物膜。反应器中安装有搅拌器4，优选双曲面搅拌器。在搅拌器4搅拌和导流板5导流条件下，反应区内的废水和悬挂大量生物膜的生物填料11形成如图1所示的无终点循环流化状态，并且反应装置内无水流死角和短流情况，废水与生物膜接触传质效果非常好。流化状态产生一定的水力剪切力，即保证生物膜易正常附着和生长，又可保证生物膜的正常脱落，促进生物膜的更新。
壳体2作为阴极直接与直流电源10的负极相连，阳极套筒3与直流电源10的正极相连，通电后反应器的反应区内形成电场，电场与生物膜叠加构成生物膜电极反应体系。在这个生物膜电极反应体系中，自养反硝化菌和异养反硝化菌共存，协同参与生物反硝化脱氮反应。
（1）异养反硝化反应
C6H12O6+4NO3 —→6H2O+6CO2+2N2+能量
（以葡萄糖作为有机碳源为例）
由于反应区中电场的存在，反硝化菌细胞膜的通透性进一步提高，加快反应底物和产物的运输，同时反硝化反应细胞酶活性被激发，催化性能提高，加快了反硝化反应。
（2）自养反硝化反应
2H2O+2e=H2+2OH- E0=0V
2.16NO3 —+7.24H2+0.8CO2=N2+2.16OH—+5.6H2O+0.16C5H7O2N
当阴极附近的溶解氧耗尽后，发生电化学产氢反应，生成的H2会因外电场作用向生物膜内扩散。由于阴极表面形成的H2通常是以极微小的气泡存在，因此生物膜中的自养反硝化菌能够高效利用H2进行自养反硝化，此反应利用电化学反应产生的H2作为电子供体，无需外加有机碳源。异养反硝化反应的无机碳源可作为自养反硝化反应的底物。两种反应相互促进，协同完成生物反硝化脱氮反应。
脱氮反应完全的废水，经出水管6排出反应器。当反应器需要更换生物填料11时，可通过放空管9将系统内废水放空，再通过人孔8清掏生物填料11。
反应区域内生物膜数量多，系统流态平稳无死角，废水与生物膜接触传质良好，生物膜可正常更新，电镀废水电导率高导电性能好，自养、异养反硝化反应协同发生，细胞膜膜通透性好，酶促反应加快，因此生物反硝化反应速率明显高于传统活性污泥法和生物膜工艺。由于存在自养反硝化反应，单位硝态氮整体反硝化反应消耗的有机碳源量大大减小，约2~3:1，生物膜更新脱落产生的剩余污泥量也大大减小。当反应装置处理电镀生化处理系统尾水时，由于自养反硝化反应的协同补充，无需过量投加碳源即可保证异养反硝化反应完全，反应装置后端无需脱碳保障。
实施例2
温州某电镀废水处理厂出水排放标准为《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中的表三标准，现有工艺生化系统出水氨氮及其他指标已达标准要求，但总氮无法达标，出水总氮约95mg/L，TN主要成分为硝态氮。实验利用本发明公开的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器处理其生化系统出水，处理水量为720t/d。
反应器以采用聚丙烯为生物填料，生物填料的填充率为30%，填料比表面积约600m2/m3，电流为26 A，电压为6V，控制反应停留时间1h。平均脱氮容积负荷达2.04kg/m3·d，去除单位硝态氮需求的有机碳源比例为2.47:1，出水TN和COD指标均达到表三排水标准要求。进、出水情况详见表1。
表1进、出水水质
| 指标 | 进水 mg/L | 出水 mg/L | 去除率% |
| NO<sub>3</sub>-N | 90 | 5 | 94.4 |
| TN | 97.6 | 12 | 87.7 |
| COD | 45 | 42 | 6.7 |
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，包括反应器壳体、搅拌器、生物填料、进水管和出水管，其特征在于：所述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器还包括阳极套筒和直流电源，反应器壳体作为阴极直接与直流电源的负极相连，阳极套筒呈圆筒状，与搅拌器的搅拌杆同轴安装，通过绝缘材料固定连接于搅拌杆的外表面，阳极套筒与直流电源的正极相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述的阴极反应器壳体材质为不锈钢或碳钢。
3.根据权利要求1所述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述的阳极套筒材质为钛或者石墨。
4.根据权利要求1所述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述的生物填料为高密度聚乙烯或者聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的一种用于电镀废水反硝化脱氮反应器，其特征在于，所述的搅拌器为双曲面搅拌器，所述的反应器顶部装有导流板。
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2019
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