CN114314814A

CN114314814A - 一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法

Info

Publication number: CN114314814A
Application number: CN202111653770.2A
Authority: CN
Inventors: 姜笔存; 盛瑾锦; 于伟华; 吴江涛; 曲艳南; 卢正辉; 谈政焱
Original assignee: Nanjing Innovation Centre For Environmental Protection Industry Co ltd
Current assignee: Nanjing Innovation Centre For Environmental Protection Industry Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法，属于水处理技术领域。它包括电化学厌氧反应器，电化学厌氧反应器包括反应区，反应区的进水端设有第一进水口、出水端设有出水口；所述反应区中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口设于管式电极内密封的一端。本发明能够使污水在电化学厌氧反应器中充分反应，有效去除污水中的污泥VS和提高甲烷产率。

Description

一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，更具体地说，涉及一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法。

背景技术

厌氧反应器自成功工程化以来，全世界范围内至今已有数千个生产规模的反应器投入运行。反应器(尤其是UASB)的首次启动和颗粒污泥的培养，从技术角度讲已经没有障碍，但是在国内，可以规模性产生颗粒污泥的装置还不够，很多地方仍有大量的反应器不得不用城市污水消化污泥或者其他质量相对较差的絮状污泥接种启动，这就造成厌氧反应器启动周期一般较长，短的三个月、长则半年甚至一年。而工业废水一般含有较多的对微生物有毒害作用的难降解物质，厌氧反应器的启动尤为困难。

因此，目前亟需设计一种能够有效降低厌氧反应器启动周期，提高污水污泥VS去除率和甲烷产率的污水处理系统或方法，从而应用于工业废水处理领域中。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的厌氧反应器难以启动，对污水中污泥VS的去除率和甲烷产率较低的问题，本发明提供一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法；通过在电化学厌氧反应器中设置特定的管式电极，在污水处理过程中对其施加电压，能够有效解决上述问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种厌氧反应污水处理装置，其包括电化学厌氧反应器，电化学厌氧反应器包括反应区，反应区的进水端设有第一进水口、出水端设有出水口；所述反应区中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口设于管式电极内密封的一端。

优选地，所述开口处设有导流板，导流板包括导流面，导流面在管式电极轴心向外的方向上高度逐渐降低，用于将管式电极内的污水导向反应区。

优选地，所述管式电极包括管式Fe电极和柱状C电极，柱状C电极设于管式Fe电极中并与其同轴设置；还包括电源，电源的正极与管式Fe电极相连，电源的负极与柱状C电极相连。柱状C电极优选使用石墨棒电极，石墨棒电极外包裹含有石墨成分的碳毡。

将零价铁电极置于电化学厌氧反应器中，一方面，零价铁可显著降低厌氧反应器中的氧化还原电位，防止反应器酸化，促进厌氧还原氛围，有助于厌氧微生物的生长；另一方面，零价铁缓慢释放的Fe²⁺，可有效压缩反应器中污泥的双电层，降低电动电势。所述电源优选使用直流稳压电源，能够通过促进零价铁电极表面离子的迁移速度来强化表面反应。因此，当外加电压施加在零价铁电极时，会强化零价铁表面的反应，从而进一步增强零价铁的反应速度，有效地解决零价铁电极的钝化和板结问题；同时适当的电场刺激能够促进微生物的代谢，从而能够导致更高的生物处理能力。

优选地，所述第一进水口的进水方向沿管式Fe电极的切线方向水平设置。本发明的进水管可沿切线方向从管式电极顶部进入，旋流布水的当时能够使得进水方向沿管式电极切线方向进入，并在管式电极内沿其内壁螺旋向下旋流，使电极、污水和颗粒污泥三者充分混合活化，增加装置的处理效率。通过向管式电极中插入MLSS监测仪，控制空心铁电极内部的污泥浓度，当MLSS监测仪数值高于设定值时，自动关闭外接电源，快速启动过程结束；当MLSS监测仪数值低于设定值时，可以通过调节进水与接种污泥流量比，直流电源电流值等参数，改变反应器内的厌氧环境，促使反应器快速达到处理效果。

优选地，所述管式电极包括中心管、铁屑和炭；铁屑和炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和炭，防止铁屑和焦炭流失；铁屑和炭的质量比例为(2～4)：1；铁屑的粒径为16目～35目，炭的粒径为8目～16目。利用进水的旋流作用，不断搅动铁屑和炭的混合物和接种污泥，可以构成成千上万个微电池，纯铁为阳极，炭和碳化铁及杂质则为阴极，可以与接种污泥不断发生原电池反应、氧化还原反应、电化学富集、物理吸附及氢氧化铁的混凝作用，颗粒污泥形成过程大大加快。

优选地，所述管式电极的长度为电化学厌氧反应器有效高度的30％～40％，管式电极的直径为电化学厌氧反应器直径的20％～25％，管式电极插入的最低位置为电化学厌氧反应器有效高度1/2处。

优选地，所述出水口包括第一出水口和第二出水口；所述第二出水口通过回流管连通至管式电极中，回流管上设有回流泵；回流管的出水端设有第二进水口，第二进水口设于管式电极内密封的一端。

优选地，还包括进水箱、出水箱和碱液吸收箱；所述进水箱通过进水管连接至第一进水口，进水管上设有进水泵；所述出水箱通过出水管连接至第一出水口；所述碱液吸收箱通过集气管连通至电化学厌氧反应器顶部。

本发明的污水处理方法，基于本发明中所述的一种厌氧反应污水处理装置，将管式电极放入电化学厌氧反应器中并固定，通入污水，对管式电极施加0～1.5V的直流电压，出水。可获得较高的装置启动成功率：接种污泥经外置电化学激活装置反应后，导入厌氧反应器培养，可大大提高污泥活性，保证装置启动成功率；较少的接种污泥投加量：经激活后的接种污泥活性较高，生长速率大，与常规接种方法所需的种泥相比，初始种泥投加量减少；无需颗粒污泥接种：可以使用更易获得的电化学厌氧反应器絮状污泥，经絮凝、激活后作为接种污泥，节约运行成本。

优选地，所述管式电极包括管式Fe电极和柱状C电极，柱状C电极设于管式Fe电极中并与其同轴设置；所述柱状C电极包括石墨棒电极，其制备方法为：将石墨棒在丙酮中浸泡10h～12h，然后用蒸馏水清洗去除残余有机溶剂，经烘箱中烘干20h～30h后在400℃～500℃的马弗炉中烧30min～40min，取出备用。

优选地，所述管式电极包括中心管、铁屑和焦炭，铁屑和焦炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和焦炭；所述铁屑先用H₂SO₄清洗，再用HCl进行活化后与焦炭混合填充于中心管中，然后再装入电化学厌氧反应器中。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种厌氧反应污水处理装置，污水从第一进水口进入后能在管式电极内沿管式电极内壁螺旋向下旋流，充分与活化的颗粒污泥搅拌混合，混合液到达管式电极底部时被向上折流进入反应区进一步反应；本发明通过改变污水的进水方式及流动方式，使污水在电化学厌氧反应器中充分反应，能够有效去除污水中的污泥VS和提高甲烷产率。

(2)本发明的污水处理方法，基于本发明中所述的一种厌氧反应污水处理装置，能够获得较高的装置启动成功率、较少的接种污泥投加量，无需颗粒污泥接种。

附图说明

图1为本发明的一种厌氧反应污水处理装置示意图。

图中：

100、进水箱；110、进水管；111、第一进水口；120、进水泵；

200、电化学厌氧反应器；201、取样阀；210、反应区；211、第一出水口；212、第二出水口；220、回流管；221、第二进水口；230、回流泵；240、集气管；250、出水管；

310、柱状C电极；320、管式Fe电极；

400、导流板；410、导流面；

500、碱液吸收箱；

600、电源；

700、出水箱。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例，其中本发明的特征由附图标记标识。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“第一”、“第二”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例提供一种厌氧反应污水处理装置，将接种污泥依次经过进水箱100、电化学厌氧反应器200、出水箱700，并配套使用阀门、管路、电气和仪控设备等，对污水进行处理。

具体的，本实施例的污水处理装置包括进水箱100、电化学厌氧反应器200、碱液吸收箱500、电源600和出水箱700。其中进水箱100通过进水管110连接至第一进水口111，进水管110上设有进水泵120，出水箱700通过出水管250连接至第一出水口211，碱液吸收箱500通过集气管240连通至电化学厌氧反应器200顶部。

对于电化学厌氧反应器200，其包括反应区210，所述反应区210中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口111设于管式电极内密封的一端。反应区210的进水端设有第一进水口111、出水端设有出水口，出水口包括第一出水口211和第二出水口212；所述第二出水口212通过回流管220连通至管式电极中，回流管220上设有回流泵230，回流管220的出水端设有第二进水口221，第二进水口221设于管式电极内密封的一端。因此，从第二出水口212流出的污水能够通过第二进水口221再次进入管式电极中进行旋流布水，从而在管式电极内外产生水流循环，大大提升水处理效率。

进一步地，本实施例在管式电极的开口处设有导流板400，导流板400包括导流面410，导流面410在管式电极轴心向外的方向上高度逐渐降低，用于将管式电极内的污水导向反应区210，促进上述水流循环在管式电极内外形成。

在本实施例中，所述管式电极包括管式Fe电极320和柱状C电极310，柱状C电极310设于管式Fe电极320中并与其同轴设置，电源600的正极与管式Fe电极320相连，电源600的负极与柱状C电极310相连。所述第一进水口111的进水方向沿管式Fe电极的切线方向水平设置。另外，所述管式电极的长度为电化学厌氧反应器200有效高度的35％，管式电极的直径为电化学厌氧反应器200直径的25％，管式电极插入的最低位置为电化学厌氧反应器200有效高度1/2处。

基于上述的一种厌氧反应污水处理装置，本实施例提供一种污水处理方法，将某啤酒废水由进水箱100通入电化学厌氧反应器200，在电源600通入直流电后，出水从电化学厌氧反应器200顶部的第一出水口211排出。某啤酒废水进水指标如下：水量6500m³/d，pH＝4～6，COD_Cr≤3500mg/L，BOD₅≤1700mg/L，SS≤1000mg/L，TN≤50mg/L，TP：4～12mg/L，该啤酒废水利用电化学厌氧反应器200处理，电化学厌氧反应器200分2座，初始容积负荷5-10kg/m³·d，满负荷容积负荷25kg/m³·d。装置运行初期，接种量为400m³，启动时间仅为65d。

具体操作步骤如下：

(1)先将石墨棒在丙酮中浸泡12h，然后用蒸馏水清洗去除残余有机溶剂，经烘箱中烘干24h后在450℃的马弗炉中烧30min，取出得到石墨棒电极，备用；

(2)将石墨棒电极和管式Fe电极组装成管式电极后与电源600相连，再将管式电极放入电化学厌氧反应器200中并固定，通入污水，对管式电极施加0V的直流电压，出水。

经过本实施例的污水处理装置和方法的处理，最终测得甲烷产量和污泥VS去除率记录于表1。

表1、各实施例的甲烷产率和污泥VS去除率

实施例2

本实施例提供一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法，与实施例1基本相同，主要区别在于：

1)电源600施加的直流电压为0.3V。

实施例3

1)电源600施加的直流电压为0.6V。

实施例4

1)电源600施加的直流电压为0.9V。

实施例5

1)电源600施加的直流电压为1.2V。

实施例6

1)电源600施加的直流电压为1.5V。

实施例7

1)所述管式电极包括中心管、铁屑和焦炭，铁屑和焦炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和焦炭；铁屑和炭的质量比例为3：1；铁屑的粒径为16-35目，炭的粒径为8-16目。所述铁屑先用H₂SO₄清洗，再用HCl进行活化后与焦炭混合填充于中心管中，然后再装入电化学厌氧反应器200中。

将实施例1～7进行对比，利用电化学厌氧反应器200进行污水厂二沉池剩余污泥的厌氧消化，在剩余污泥厌氧消化过程中施加不同强度直流电场(0V，0.3V，0.6V，0.9V，1.2V，1.5V)，结果表明除0.9V电压外，其他强度的直流电压均能提高剩余污泥厌氧消化甲烷产率及VS去除率。0.6V电压下刺激效果最好，在该电压下，甲烷产率和VS去除率比对照组分别提高了76.2％和26.6％。当直流电压小于0.6V时，电场对微生物新陈代谢有促进作用，能够提高剩余污泥厌氧消化效能；当电压为0.9V时，电场对微生物新陈代谢有抑制作用，厌氧消化产气效果不理想；当电压为1.2V和1.5V时，水电解形成微好氧环境，促进污泥水解酸化，提高后续污泥厌氧消化甲烷产量。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。电压、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。

Claims

1.一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，包括电化学厌氧反应器(200)，电化学厌氧反应器(200)包括反应区(210)，反应区(210)的进水端设有第一进水口(111)、出水端设有出水口；所述反应区(210)中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口(111)设于管式电极内密封的一端。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述开口处设有导流板(400)，导流板(400)包括导流面(410)，导流面(410)在管式电极轴心向外的方向上高度逐渐降低，用于将管式电极内的污水导向反应区(210)。

3.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述管式电极包括管式Fe电极(320)和柱状C电极(310)，柱状C电极(310)设于管式Fe电极(320)中并与其同轴设置；还包括电源(600)，电源(600)的正极与管式Fe电极(320)相连，电源(600)的负极与柱状C电极(310)相连。

4.根据权利要求3所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述第一进水口(111)的进水方向沿管式Fe电极的切线方向水平设置。

5.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述管式电极包括中心管、铁屑和炭；铁屑和炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和炭；铁屑和炭的质量比例为(2～4)：1；铁屑的粒径为16目～35目，炭的粒径为8目～16目。

6.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述管式电极的长度为电化学厌氧反应器(200)有效高度的30％～40％，管式电极的直径为电化学厌氧反应器(200)直径的20％～25％，管式电极插入的最低位置为电化学厌氧反应器(200)有效高度顶端1/2处。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述出水口包括第一出水口(211)和第二出水口(212)；所述第二出水口(212)通过回流管(220)连通至管式电极中，回流管(220)上设有回流泵(230)；回流管(220)的出水端设有第二进水口(221)，第二进水口(221)设于管式电极内密封的一端。

8.根据权利要求7所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，还包括进水箱(100)、出水箱(700)和碱液吸收箱(500)；所述进水箱(100)通过进水管(110)连接至第一进水口(111)，进水管(110)上设有进水泵(120)；所述出水箱(700)通过出水管(250)连接至第一出水口(211)；所述碱液吸收箱(500)通过集气管(240)连通至电化学厌氧反应器(200)顶部。

9.污水处理方法，其特征在于，基于权利要求1～8任一项所述的一种厌氧反应污水处理装置，将管式电极放入电化学厌氧反应器(200)中并固定，通入污水，对管式电极施加0～1.5V的直流电压，出水。

10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述管式电极包括管式Fe电极(320)和柱状C电极(310)，柱状C电极(310)设于管式Fe电极(320)中并与其同轴设置；所述柱状C电极(310)包括石墨棒电极，其制备方法为：将石墨棒在丙酮中浸泡10h～12h，然后用蒸馏水清洗去除残余有机溶剂，经烘箱中烘干20h～30h后在400℃～500℃的马弗炉中烧30min～40min，取出备用；或

所述管式电极包括中心管、铁屑和焦炭，铁屑和焦炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和焦炭；所述铁屑先用H₂SO₄清洗，再用HCl进行活化后与焦炭混合填充于中心管中，然后再装入电化学厌氧反应器(200)中。