CN115072941A - 一种处理高盐废水的生物电化学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种处理高盐废水的生物电化学装置，包括依次连接的集水池、生物电化学池和斜板沉淀池和活性砂滤池，所述生物电化学池包括依次连接的缺氧电化学池和好氧电化学池，缺氧电化学池和好氧电化学池的电化学系统均包括与电源连接的阳极板和阴极板以及位于阳极板和阴极板之间的活性炭粒子；所述活性炭粒子为椰壳活性炭，碘值为1000‑1500。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理高盐废水的生物电化学装置。
背景技术
随着废水处理技术的发展，我国的绝大部分生活污水和工业废水都得到了有效处理，对于环境保护和水资源充分利用都起到了重要作用。随着工业工艺的不断创新和水资源综合利用的趋势，海水逐渐引入到民用领域，例如将海水应用于食品腌渍行业、制药行业、石油行业、皮革加工行业、石油和天然气的采集加工以及新能源行业等。然而，上述行业产生的工业废水的含盐量也将提高，目前，我国高盐废水产生量高达35亿吨，给生态环境带来巨大压力。
在废水处理领域，生物处理法一种高效环保的处理方法，是指通过微生物的新陈代谢作用来处理废水中的污染物质，生物法经济、高效、无害、简单，易于操作和管理，无二次污染，具有强大的应用潜力。然而，高盐废水中的盐浓度较高，对微生物生长过程中的酶反应、维持生物膜平衡和调节渗透压将产生不利影响，盐浓度过高时渗透压高，使微生物细胞脱水引起细胞原生质分离；高盐情况下因盐析作用使脱氢酶活性降低；高氯离子浓度对细菌有毒害作用；且高盐废水的活性污泥分离较为困难。高盐废水的生化处理一般需要进行稀释，造成水资源浪费，处理成本提高。而耐盐微生物的驯化需要较长的时间，选择合适的菌种，驯化效率较低，这是本领域技术人员面对的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种处理高盐废水的生物电化学装置，创造性地将耐盐菌电强化调控技术和生化处理技术进行联用，提供一种操作简便、清洁环保、高效科学的生物电化学装置。并且，进一步地，本发明创造性地将特定碘值的椰壳活性炭用于传统阴阳电极和电解质构成的电化学池中，形成三维电化学体系，而这种三维电化学体系与生化处理有机结合，从而使得微生物的活性提高，电解能力也提高。同时，由于处理对象是高盐废水，也省去了外加电解质的步骤。
所述处理高盐废水的生物电化学装置，包括依次连接的集水池、生物电化学池、斜板沉淀池和活性砂滤池，所述生物电化学池包括依次连接的缺氧电化学池和好氧电化学池，缺氧电化学池和好氧电化学池的电化学系统均包括与电源连接的阳极板和阴极板以及位于阳极板和阴极板之间的活性炭粒子；
所述活性炭粒子为椰壳活性炭，碘值为1000-1500。
可选的，所述集水池的上部设有第一进水口，用于向集水池进水，底部设有放空阀，用于排出集水池内残留的固体和液体；集水池通过水泵连接缺氧电化学池的第二进水口。
可选的，所述缺氧电化学池内投加反硝化菌和缺氧菌，缺氧电化学池的上部的侧壁设有第二进水口和第一出水口，用于缺氧电化学池的进水和出水，第二进水口和第一出水口分别设在缺氧电化学池的两个相对的侧壁上；
缺氧电化学池与好氧电化学池紧密连接，共用同一侧壁，第一出水口即为好氧电化学池的进水口；缺氧电化学池的顶部设有顶盖，使得缺氧电化学池为一个密闭箱体。
进一步可选的，所述缺氧电化学池内设有若干个阳极板和若干个阴极板，阳极板与阴极板交错设置；缺氧电化学池内的活性炭粒子呈悬浮状态散布在阳极板和阴极板之间；
缺氧电化学池内设有搅拌装置。
可选的，所述活性炭粒子为椰壳活性炭，粒度为3-5mm，碘值为1000-1100，孔隙率为60-85％，活性炭粒子先用去离子水冲洗，至洗出液为基本透明后即可使用。
可选的，所述好氧电化学池内投加硝化菌、碳化菌和好氧菌，好氧电化学池内设有若干个阳极板和若干个阴极板，阳极板与阴极板交错设置；好氧电化学池内的活性炭粒子呈悬浮状态散布在阳极板和阴极板之间；
好氧电化学池的底部设有曝气装置，并在第一出水口对面的侧壁的中部设置第二出水口，下部设置第一回流口，第一回流口通过管道连接缺氧电化学池的第二进水口。
缺氧电化学池和好氧电化学池通电后，阴阳极板之间则会产生电场，活性炭粒子会在电场感应作用下成为具有复极性的粒子电极，粒子电极的两端分别做为阳极和阴极，一个个活性炭粒子填料成为了一个个微小电解池，有效增加电极面积和电解槽的面体比。该过程中，通过电子传递方式将能量提供给环境微生物，促进其自身合成可溶性蛋白和多糖，提高关键酶活性，提升了缺氧电化学池和好氧电化学池中微生物的高渗透压适应能力，助于微生物快速适应高盐环境。
可选的，所述缺氧电化学池和好氧电化学池内的阳极板均为Fe薄膜电极阳极板，阴极板均为不锈钢薄膜电极阴极板。
缺氧电化学池内的微生物利用废水中的可生化降解的COD为碳源，通过反硝化过程脱除废水以及从好氧电化学池回流的硝化液中的硝态氮，同时搅拌装置防止污泥沉淀，使废水与污泥充分混合，使污水得以处理。
缺氧电化学池处理后的废水通过第一出水口进入好氧电化学池，通过曝气装置维持水中溶解氧，适宜好氧微生物生长繁殖，使之成为优势菌属，好氧微生物进行有氧呼吸代谢，去除废水中大部分COD，并且硝化菌利用无机碳为碳源，将氨氮转化为硝态氮，产生的硝化液通过第一回流口回流至缺氧电化学池。
所述活性炭粒子除了充当粒子电极和对污染物的吸附作用之外，同时活性污泥附着于活性炭粒子表面，由于活性炭粒子巨大的比表面积及其很强的吸附能力，在活性炭粒子表面快速形成生物膜，提高单位容积内的生物量，缩短水力停留时间。在活性炭粒子的表面生长的微生物膜由于填料流化碰撞、曝气冲刷等作用，使失活的生物膜脱落，暴露活性炭粒子的部分面积，保持微电解性能，同时有助于微生物处于高活性的对数增长期，处理效率较高。本发明中活性炭粒子的碘值对高盐废水的处理具有影响，碘值过低，则活性炭粒子的活性较低，对污染物和微生物的吸附性能下降，碘值过高，则活性炭粒子的活性过高，容易形成团聚，不同活性炭粒子聚集在一起，使得微电场作用和吸附作用均下降。发明人意料不到的发现，适当选择活性炭粒子的粒径，配合上述适当的碘值，能够获得良好的分散效果、吸附效果和微生物附着效果。
同时高盐废水为缺氧电化学池和好氧电化学池的电解质溶液，电解质浓度越高，其单位容积中含有的离子数目也越高，电导率也越大，即当量电导也越大，所以高盐废水有利于电解过程。
电解体系运行时，对废水中的难降解COD、脱氮除磷也具有作用，Fe薄膜电极阳极板失电子，直接氧化和产生羟基自由基等，将废水中难以生化的有机物开环断链，去除难降解COD，并将有机磷的碳磷键破坏，将次磷酸盐氧化为正磷酸盐，使有机磷转化为无机磷，并且进一步氧化氨氮，提升氨氮的去除率。同时Fe薄膜电极阳极板释放铁盐，铁盐对磷起到絮凝作用，减少部分外加絮凝剂的投资。
可选的，所述斜板沉淀池的中上部设有斜板区，斜板区均匀设有若干个倾斜的斜板，若干个斜板相互平行，用于分离废水中的固体废物；
斜板沉淀池的底部为锥形，便于固体废物收集，锥形底部的中心设有排泄口，用于排出固体废物；
斜板沉淀池的中部设有第三进水口，顶部设有第三出水口，第三进水口处于斜板区的下方，且通过管道连接好氧电化学池的第二出水口，将好氧电化学池处理后的废水输入斜板沉淀池。
由于高盐废水的浮力作用，活性污泥在所述斜板沉淀池内的沉淀不完全，致使出水SS和总磷不达标，所以本发明在斜板沉淀池后连接活性砂滤池。
可选的，所述活性砂滤池由上至下包括洗砂器、布水器、导砂斗和空气提升泵，活性砂滤池的中下部填充滤砂形成砂床；活性砂滤池的上部设有第四进水口、洗砂污水出口和第四出水口，第四进水口连接布水器，用于使得进水均匀分布，洗砂器通过洗砂污水出口连接缺氧电化学池，用于将洗砂后的污水排入缺氧电化学池，第四出水口用于排出产水。
可选的，所述空气提升泵设在活性砂滤池的底部，并通过洗砂管连接洗砂器，所述洗砂管竖直设置，并贯穿所述导砂斗、布水器和洗砂器，洗砂管的顶端处于活性砂滤池的顶部液面处。
可选的，所述洗砂器为中空的方形容器，洗砂管将污染的砂粒输送进洗砂器，洗砂管顶部导流下来过滤之后的水体，用于清洗砂粒。
由斜板沉淀池输出的水体经过第四进水口和布水器均匀进入活性砂滤池，即均匀分布在整个砂床的截面，并导引向上流动，经过砂床的过滤作用将水中的污染物截留过滤，污染的砂粒沿着导砂斗均匀滑落至底部。水向上流动，而滤床向下移动，剧烈的洗刷使杂质与砂粒分离，脏的砂子不断被分离和清洗。滤砂的循环依靠空气提升泵的气提作用，迫使脏砂与水的混合物通过洗砂管向上移动，空气在洗砂管的顶部被释放。然后砂粒依靠重力落入洗砂器，砂粒在洗砂器中用少量的滤液逆流清洗，以最终去掉滤砂的污物，洗砂后的污水由洗砂污水出口回流至缺氧电化学池。过滤后的净水从第四出水口排出系统，最后实现高盐废水达标排放。
附图说明
图1为所述处理高盐废水的生物电化学装置的结构示意图。
附图中，1-集水池，2-缺氧电化学池，3-好氧电化学池，4-斜板沉淀池，5-活性砂滤池，6-洗砂管，7-活性炭粒子，8-第二进水口，9-第一出水口，10-阳极板，11-阴极板，12-曝气装置，13-第二出水口，14-第一回流口，15-第四出水口，16-斜板区，17-洗砂污水出口，18-第三出水口，19-洗砂器，20-布水器，21-导砂斗，22-空气提升泵，23-砂床，24-第四进水口。
具体实施方式
以下实施例中的活性炭粒子购买自江苏浦士达环保科技股份有限公司，以下实施例和对比例中，缺氧电化学池中的反硝化菌(批号211112501)和缺氧菌(批号11112501)，好氧电化学池中的碳化菌为COD降解菌(批号211101501)，硝化菌(批号210726501)、好氧菌(批号211111501)，均购买自潍坊凡星生物科技有限公司，经过格栅、调节池和集水池之后的高盐废水，盐度为2％，处理规模10m3/h，水质如下表：
表1高盐废水水质
实施例1
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，如图1所示，包括依次连接的集水池1、生物电化学池、斜板沉淀池4和活性砂滤池5，所述生物电化学池包括依次连接的缺氧电化学池2和好氧电化学池3，缺氧电化学池2和好氧电化学池3的电化学系统均包括与电源连接的阳极板10和阴极板11以及位于阳极板10和阴极板11之间的活性炭粒子7；
所述活性炭粒子7为椰壳活性炭，碘值为1000，粒度为3mm，孔隙率为60％，活性炭粒子7先用去离子水冲洗，至洗出液为基本透明后即可使用。
所述集水池1的上部设有第一进水口，用于向集水池1进水，底部设有放空阀，用于排出集水池1内残留的固体和液体；集水池1通过水泵连接缺氧电化学池2的第二进水口8，集水池1对高盐废水进行均质调节，避免瞬时水力负荷过大对后续生物电化学池造成冲击，然后由水泵输入缺氧电化学池2进行电解和生化处理。
所述缺氧电化学池2内投加反硝化菌和缺氧菌，缺氧电化学池2的上部的侧壁设有第二进水口8和第一出水口9，用于缺氧电化学池2的进水和出水，第二进水口8和第一出水口9分别设在缺氧电化学池2的两个相对的侧壁上；
缺氧电化学池2与好氧电化学池3紧密连接，共用同一侧壁，第一出水口9即为好氧电化学池3的进水口；缺氧电化学池2的顶部设有顶盖，使得缺氧电化学池2为一个密闭箱体。
所述缺氧电化学池2内设有一个阳极板10和一个阴极板11，阳极板10与阴极板11交错设置；缺氧电化学池2内的活性炭粒子7呈悬浮状态散布在阳极板10和阴极板11之间；
缺氧电化学池2内设有搅拌装置，保持其内部具有较低的溶氧量。
所述好氧电化学池3内投加硝化菌、碳化菌和好氧菌，好氧电化学池3内设有一个阳极板10和一个阴极板11，阳极板10与阴极板11交错设置；好氧电化学池3内的活性炭粒子7呈悬浮状态散布在阳极板10和阴极板11之间；
好氧电化学池3的底部设有曝气装置12，并在第一出水口9对面的侧壁的中部设置第二出水口13，下部设置第一回流口14，第一回流口14通过管道连接缺氧电化学池2的第二进水口8。
所述缺氧电化学池2和好氧电化学池3内的阳极板10均为Fe薄膜电极阳极板10，阴极板11均为不锈钢薄膜电极阴极板11，阳极板10和阴极板11连接直流电源。
所述斜板沉淀池4的中上部设有斜板区16，斜板区16均匀设有16个倾斜的斜板，斜板相互平行，用于分离废水中的固体废物，即大部分SS；
斜板沉淀池4的底部为锥形，便于固体废物收集，锥形底部的中心设有排泄口，用于排出固体废物；
斜板沉淀池4的中部设有第三进水口，顶部设有第三出水口18，第三进水口处于斜板区16的下方，且通过管道连接好氧电化学池3的第二出水口13，将好氧电化学池3处理后的废水输入斜板沉淀池4。斜板沉淀池4内的废水向上移动，经过斜板区16时，分离固体废物，主要是污泥，污泥沿斜板沉降到斜板沉淀池4下部，由排泄口排出，然后可部分回流至缺氧电化学池2，另一部分污泥脱水后再进行专业处理。从缺氧电化学池2和好氧电化学池3流失的少部分活性炭粒子7进入斜板沉淀池4，其活性和吸附性能够在斜板沉淀池4中继续发挥作用，吸附部分污泥，提高其沉降性能，活性炭粒子7也能够回流回缺氧电化学池2。
所述活性砂滤池5由上至下包括洗砂器19、布水器20、导砂斗21和空气提升泵22，活性砂滤池5的中下部填充滤砂形成砂床23；活性砂滤池5的上部设有第四进水口24、洗砂污水出口17和第四出水口15，第四进水口24连接布水器20，用于使得进水均匀分布，洗砂器19通过洗砂污水出口17连接缺氧电化学池2，用于将洗砂后的污水排入缺氧电化学池2，第四出水口15用于排出产水。
所述空气提升泵22设在活性砂滤池5的底部，并通过洗砂管6连接洗砂器19，所述洗砂管6竖直设置，并贯穿所述导砂斗21、布水器20和洗砂器19，洗砂管6的顶端处于活性砂滤池5的顶部液面处。
所述布水器20设在活性砂滤池5的下部，布水器20为圆形，且内部具有均匀分别的若干条并联的通道，所述通道顶端与第四进水口24相连通，底端贯穿布水器20的下表面，用于将进水均匀分布到活性砂滤池5。
所述导砂斗21为圆台形，上大下小，过滤过水体的污染的砂粒沿着导砂斗21均匀滑落至活性砂滤池5底部，等待空气提升泵22输入洗砂管6。
所述洗砂器19为中空的方形容器，洗砂管6将污染的砂粒输送进洗砂器19，洗砂管6顶部导流下来过滤之后的水体，用于清洗砂粒。
对比例1
本对比例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例1相同，区别在于，缺氧电化学池2和好氧电化学池3内均没有活性炭粒子。
对比例2
本对比例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例1相同，区别在于，不设置活性砂滤池，斜板沉淀池的出水即为产水。
实施例2
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例1相同，区别在于，所述活性炭粒子的碘值为1100。
实施例3
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例1相同，区别在于，所述活性炭粒子的碘值为1500。
实施例4
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例2相同，区别在于，所述活性炭粒子的粒径为5mm。
实施例5
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例2相同，区别在于，所述活性炭粒子的粒径为7mm。
实施例6
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例4相同，区别在于，所述活性炭粒子的孔隙率为85％。
实施例7
本实施例所述的处理高盐废水的生物电化学装置，与实施例4相同，区别在于，所述活性炭粒子的孔隙率为90％。
以上实施例和对比例的缺氧电化学池内的溶解氧为0.2-0.5mg/L，pH为7-7.5，污泥浓度为4000mg/L，污泥负荷为0.2kgCOD/(kg.d)，水力停留时间为6h；
好氧电化学池中溶解氧含量在4mg/l左右，pH介于7.4-7.6之间，污泥浓度3500mg/L，污泥负荷0.4kgCOD/(kg·d)，水力停留时间16h。好氧电化学池的硝化液回流至缺氧电化学池的回流比为200％；
斜板沉淀池的定时排出淤积的污泥，部分回流至缺氧电化学池，污泥回流比为75％，剩余污泥脱水外运处理。
表2运行3个月后实施例和对比例的产水水质比较
由上表可知，本发明提供的处理高盐废水的生物电化学装置，对高盐废水具有良好的处理效果，所述缺氧电化学池和好氧电化学池中加入活性炭粒子具有良好的生化处理能力，斜板沉淀池和活性砂滤池配合能够将产水进行良好的泥水分离。
Claims (10)
1.一种处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，包括依次连接的集水池、生物电化学池、斜板沉淀池和活性砂滤池，所述生物电化学池包括依次连接的缺氧电化学池和好氧电化学池，缺氧电化学池和好氧电化学池的电化学系统均包括与电源连接的阳极板和阴极板以及位于阳极板和阴极板之间的活性炭粒子；
所述活性炭粒子为椰壳活性炭，碘值为1000-1500。
2.根据权利要求1所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述活性炭粒子的粒度为3-5mm，碘值为1000-1100，孔隙率为60-85％。
3.根据权利要求1所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述集水池的上部设有第一进水口，用于向集水池进水，底部设有放空阀，用于排出集水池内残留的固体和液体；集水池通过水泵连接缺氧电化学池的第二进水口。
4.根据权利要求3所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述缺氧电化学池内投加反硝化菌和缺氧菌，缺氧电化学池的上部的侧壁设有第二进水口和第一出水口，用于缺氧电化学池的进水和出水，第二进水口和第一出水口分别设在缺氧电化学池的两个相对的侧壁上；
缺氧电化学池与好氧电化学池紧密连接，共用同一侧壁，第一出水口为好氧电化学池的进水口；缺氧电化学池的顶部设有顶盖，使得缺氧电化学池为一个密闭箱体。
5.根据权利要求4所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述缺氧电化学池内设有若干个阳极板和若干个阴极板，阳极板与阴极板交错设置；缺氧电化学池内的活性炭粒子呈悬浮状态散布在阳极板和阴极板之间；
缺氧电化学池内设有搅拌装置。
6.根据权利要求5所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述好氧电化学池内投加硝化菌、碳化菌和好氧菌，好氧电化学池内设有若干个阳极板和若干个阴极板，阳极板与阴极板交错设置；好氧电化学池内的活性炭粒子呈悬浮状态散布在阳极板和阴极板之间；
好氧电化学池的底部设有曝气装置，并在第一出水口对面的侧壁的中部设置第二出水口，下部设置第一回流口，第一回流口通过管道连接缺氧电化学池的第二进水口。
7.根据权利要求6所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述斜板沉淀池的中上部设有斜板区，斜板区均匀设有若干个倾斜的斜板，若干个斜板相互平行，用于分离废水中的固体废物；
斜板沉淀池的底部为锥形，便于固体废物收集，锥形底部的中心设有排泄口，用于排出固体废物；
斜板沉淀池的中部设有第三进水口，顶部设有第三出水口，第三进水口处于斜板区的下方，且通过管道连接好氧电化学池的第二出水口，将好氧电化学池处理后的废水输入斜板沉淀池。
8.根据权利要求7所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述活性砂滤池由上至下包括洗砂器、布水器、导砂斗和空气提升泵，活性砂滤池的中下部填充滤砂形成砂床；活性砂滤池的上部设有第四进水口、洗砂污水出口和第四出水口，第四进水口连接布水器，用于使得进水均匀分布，洗砂器通过洗砂污水出口连接缺氧电化学池，用于将洗砂后的污水排入缺氧电化学池，第四出水口用于排出产水。
9.根据权利要求8所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述空气提升泵设在活性砂滤池的底部，并通过洗砂管连接洗砂器，所述洗砂管竖直设置，并贯穿所述导砂斗、布水器和洗砂器，洗砂管的顶端处于活性砂滤池的顶部液面处。
10.根据权利要求9所述的处理高盐废水的生物电化学装置，其特征在于，所述洗砂器为中空的方形容器，洗砂管将污染的砂粒输送进洗砂器，洗砂管顶部导流下来过滤之后的水体，用于清洗砂粒。
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