CN111620435A - 一种提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明将电化学技术与曝气生物滤池相结合，为解决污废水厂中已有的曝气生物滤池耦合电化学反应的过程中由于体积过大，难以在其中设置均匀的电流布置问题，发明了一种提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法。该方法还提到一种承托层隔板的布水方法。该发明意在在已有的曝气生物滤池中引入电场，经由等间距环状阴阳交替布置的网状电极板将电子传递给附有生物膜的颗粒电极，污水从反应体系底部中间进水，优化进水分布，并伴有曝气装置。反应器主体为圆柱体，周边有环状集水槽，上清液经过主体四周溢流至集水槽，最终从集水槽外侧的出水口出水。本发明有效解决了目前电催化曝气生物滤池在实际运作中电流效率差的问题，并提出了一个很好的布水布气方法。
Description
技术领域
本发明专利涉及对传统曝气生物滤池的提标改造，特别是涉及一种提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，以及一种均匀布气的方法。可用于污废水厂的深度处理单元。
背景技术
目前，生物化学法和电化学法是城市污水深度处理技术的两种主要方法。生物化学法可去除水中的臭味、有机物、色度，而且工艺成熟，管理方便，运行成本低，操作简易。但生物化学法对有毒新兴有机污染物质的分解不够彻底，而且分解速度较慢，有时因中毒而失去活性；电化学法使水中污染物通过获得或失去电子发生氧化还原反应而得以高效去除，还可发生以羟基自由基为代表的高级氧化反应。电化学技术发展快速，反应设备简单，处理能力强，易操作，易控制，但存在诸多副反应，比如析氧、析氯、析氢，同时存在电流效率低，运行费用高，能耗大等问题。鉴于两种方法的特点及存在的局限性，一种新的在同一个反应器内将电化学反应与微生物反应耦合起来的电生物耦合法已逐渐受到世界各国关注，并极具发展潜力。其中，三维电化学与曝气生物滤池的结合有效的提升了传统曝气生物滤池的处理效率。
然而，大多数对三维电催化曝气生物滤池的研究还属于实验室小试或中试阶段，具体针对污水厂的曝气生物滤池进行改造的还很少。主要原因就是污废水厂中已有的曝气生物滤池体积过大，难以在其中设置均匀的电流布置。
发明内容
本发明将电化学技术与曝气生物滤池相结合，为解决污废水厂中对已有的曝气生物滤池增加电化学单元的提标改造过程中，由于体积过大而难以在其中设置均匀的电流布置问题，提出了一种提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法。该发明针对已有的曝气生物滤池的基础上引入电场。污水从反应体系从底部中间进水，并伴有曝气装置。
反应器主体为圆柱体，周边有环装集水槽（5），上清液经过主体四周溢流至集水槽，最终从集水槽外侧的出水口（6）出水。
反应器主体内部填充附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极（4），经由等间距同心环状布置的网状电极板（2）（3）将电子均匀传递给附有生物膜的颗粒电极（4），使得每个颗粒自身成为微电极，刺激其表面微生物活性的同时扩大了高级氧化的能力。在电流的刺激作用下，营养物质能够有效的加速通过细胞膜，促进微生物生长繁殖，进而更加快速有效的去除水中大分子有机物和重金属。大量实验数据证明，微生物在电场的影响下，可能产生电催化作用，激活或增强微生物的脱氢酶活性，提高微生物对难降解有机污染物的处理能力；难生物降解的物质在电化学作用转化为生物可降解的中间产物，虽然中间产物在电化学作用下不能继续被氧化，但是它们可作为微生物生长过程中的碳源或能源被直接利用，进而实现了难降解有机物的去除；此外，微生物在电的刺激下数量增多，导致胞外聚合物EPS也随之增多，胞外聚合物对重金属的吸附和阴极对重金属的还原作用大大提高了重金属的去除率。与此同时，曝气生物滤池中的滤料还可以作为过滤介质，截留水中的悬浮固体和新生成的生物固体，从而省去其他生物处理法中常用的二次沉淀池。经济效益方面，由于反应器中间会填充粒子电极，使得电极间距减小，传质距离缩短，传质效率得到很好的提高，具有更高的电流效率和去除污染物的能力，减少了消耗，经济效益良好。
本发明还提出一种能有效控制水流在反应器体内的均匀分布的方法：中心和边界孔洞间距大、半径小，其余部分孔洞间距小、半径大。这种方法能够有效减少进水口处水流直径扩增带来的水流不均的问题以及边壁与水的摩擦力小于水的剪切力带来的边壁流问题。
本发明是采用以下技术方案实现的：反应体系在污废水厂原有的圆柱状曝气生物滤池的基础上，在其周边有集水槽（5），上清液经过主体上侧边缘溢流至环装集水槽（5），最终从集水槽外侧的出水口（6）出水。反应器主体填充附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极（4），以进水口（1）中心为圆心，（2）和阴极网状电极板（3）环装交替布置。装填附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极前先铺8个单位的鹅卵石做承托层，承托层下用带有圆孔的隔板（7）支撑。承托层下部由鼓风机经过与污水同向流贯穿反应器底部的曝气管为反应器提供均匀曝气。
其中，承托层下带有圆孔的支撑隔板（7）孔洞设置方法为：中心和边界孔洞间距大，半径为颗粒电极半径的1/2或更小；其余部分孔洞间距小，半径大于中心和边界的孔洞半经，但要小于颗粒电极半经的4/5。
本发明的特征在于：1. 反应体系在污废水厂原有的圆柱状曝气生物滤池的基础上，在其周边有集水槽（5），上清液经过主体上侧边缘溢流至环装集水槽（5），最终从集水槽外侧的出水口（6）出水。反应器主体填充附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极（4），以进水口（1）中心为圆心，（2）和阴极网状电极板（3）环装交替布置，并改良了传统反应器的布气方式。
2. 承托层下带有圆孔的支撑隔板（7）孔洞设置方法为：中心和边界孔洞间距大，半径为颗粒电极半径的1/2或更小；其余部分孔洞间距小，半径大于中心和边界的孔洞半经，但要小于颗粒电极半经的4/5。其中，颗粒电极的直径为3~5mm。
3. 出水口可随实际水量情况设置环绕集水槽一个或多个。
4. 装填附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极前先铺8个单位的鹅卵石做承托层，承托层下用带有圆孔的隔板支撑。承托层下部由鼓风机经过与污水同向流贯穿反应器底部的曝气管为反应器提供均匀曝气。
5. 阴阳极间隔5个单位交替等间距环状布置，其中阳极可为镀钌铱钛网、人工石墨、Ti/IrO2网等；阴极为纯钛网、不锈钢网、低碳钢网和镍基合金网等。
6. 反应器主体与集水槽之间设有出水堰板，确保上清液经过主体四周的出水堰溢流至集水槽，最终从集水槽外侧的出水口出水。
7. 底部承托层右侧有一处开槽，可定期清理沉积物。
8. 反应体系每隔3~5天需要加大曝气量对反应区进行反冲洗。
9. 颗粒电极设置与电极板同高，均比出水堰低8个单位。
附图说明
如附图1所示为本发明的反应器主视图。
如附图2所示为本发明的反应器俯视图。
如附图3所示为本发明中支撑承托层的隔板示意图。
具体实施方式
如附图1和附图2所示是本发明的反应器示意图，反应体系为上向流反应器，并伴有曝气装置。反应器主体为圆柱体，周边有环装集水槽（5），上清液经过主体四周的出水堰溢流至集水槽（5），最终从集水槽外侧的出水口（6）出水。反应器主体填充附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极（4），并以进水口中心为圆心，阴阳极网状电极板（2）（3）环装交替布置。装填附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极前先铺8个单位的鹅卵石做承托层，承托层下用带有圆孔的隔板（7）支撑。承托层下部由鼓风机经过与污水同向流贯穿反应器底部的曝气管为反应器提供均匀曝气。经过实际工程应用数据显示，该方法在工程实例中的电催化-曝气生物滤池的电流效率相较于只有一对电极板的反应器提高了68%~72%，污水中有机污染物的去除率提升了57.42%~79.58%。
如附图3为承托层下带有圆孔的支撑隔板（7），如附图3所示，隔板的孔洞设置方法为：中心和边界孔洞间距大，半径为颗粒电极半径的1/2或更小；其余部分孔洞间距小，半径大于中心和边界的孔洞半经，但要小于颗粒电极半经的4/5。经过Ansys流体力学软件模拟分析显示，这样设置能有效控制水流的均匀分布：中心和边界孔洞间距大、半径小能够有效减少进水口处水流直径扩增带来的水流不均的问题以及边壁与水的摩擦力小于水的剪切力带来的边壁流问题。
Claims (8)
1.一种提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：反应体系在污废水厂原有的圆柱状曝气生物滤池的基础上，在其周边有集水槽（5），上清液经过主体上侧边缘溢流至环装集水槽（5），最终从集水槽外侧的出水口（6）出水，反应器主体填充附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极（4），以进水口（1）中心为圆心，（2）和阴极网状电极板（3）环装交替布置，并改良了传统反应器的布气方式，改良后的布气方式如下：承托层下带有圆孔的支撑隔板（7）孔洞设置方法为：中心和边界孔洞间距大，半径为颗粒电极半径的1/2或更小；其余部分孔洞间距小，半径大于中心和边界的孔洞半经，但要小于颗粒电极半经的4/5。
2.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：出水口可随实际水量情况设置环绕集水槽一个或多个。
3.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：装填附着有微生物膜的颗粒电催化粒子电极前先铺反应器主体的1/8高的鹅卵石做承托层，承托层下用带有圆孔的隔板支撑；承托层下部由鼓风机经过与污水同向流贯穿反应器底部的曝气管为反应器提供均匀曝气。
4.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：阴阳极间隔等间距环状布置，其中阳极可为镀钌铱钛网、人工石墨、Ti/IrO2网等；阴极为纯钛网、不锈钢网、低碳钢网和镍基合金网等。
5.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：反应器主体与集水槽之间设有出水堰板，确保上清液经过主体四周的出水堰溢流至集水槽，最终从集水槽外侧的出水口出水。
6.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：底部承托层右侧有一处开槽，可定期清理沉积物。
7.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：反应体系每隔3~5天需要加大曝气量对反应区进行反冲洗。
8.一种如权利要求1所述的提升电催化曝气生物滤池电流效率的方法，其特征在于：颗粒电催化粒子电极（4）设置与电极板同高，均比出水堰低10~30mm。
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