CN116750860B - 一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及环境科学与工程污水处理技术领域，公开了一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，包括三维电极生物膜反应器，所述三维电极生物膜反应器设置有分离区和反应区，所述分离区位于反应区上方，所述反应区中心设置有阳极，所述反应区侧壁设置有阴极，所述反应区内部设置有直流电源，所述阳极和阴极与直流电源的正负极之间通过导线相连接，所述阳极底部设置有驱动电机。通过阳极电极形态的改变，增大了电极的比表面积，可以富集更多的微生物，增大了处理量，提高效率，可缓慢转动起到搅拌作用，不仅可以使微生物和污染物充分混合，还可以加快老旧微生物脱落，使脱氮更加快速，阴极电极电阻率更小，导电率更高。

Description

一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置

技术领域

本发明涉及环境科学与工程污水处理技术领域，具体为一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置。

背景技术

在碳中和的视角下，污水也是一种能源载体。污水厂能实现碳中和也是一种新的可持续发展路线，在国际上有一些污水厂走到了时代的前列，譬如美国的污水厂在处理污水的过程中能自己供应自己所需电能的90%还多，实现了能量的自给自足。德国的污水厂充分利用了污水中的N、P等元素，经处理之后的水资源和产生的污泥可重复利用，减少了114%的外源CO2，碳中和的效果非常理想，奥地利的污水厂将污水处理后作为冷却水再利用，节省了当地45%的电力，为当地的可持续发展作出巨大贡献。实现污水厂的碳中和是具有可行性的，国内也应该学习先进案例，因地制宜的建设新型碳中和污水厂。现如今我国也开始逐步探索污水处理新模式，碳捕捉是一种主要的减排工艺，利用高效碳源分离技术对有机碳源进行捕捉，避免其在后续的污水处理中被氧化为二氧化碳，然而，我国的污水处理厂进水COD值普遍偏低，再经过碳捕捉后，COD值进一步降低，可生化性很低，这给传统的污水处理带来了极大的挑战，因此，为了降低成本和更高效的去除污染物，使出水稳定达标的排放，人们的目光转向可以在低碳氮比的废水中完成脱氮除磷的微生物自养反硝化的污水处理方法，在如今的生活和某些工、农业废水中含有大量的可以维持生命所必需的磷元素，如果可以开发一种可持续用磷的方法，就能避免磷矿资源的无序开采。因此从污水处理厂回收磷资源也会成为行业的新趋势，三维电极生物膜反应器是一种适用于处理低碳氮比废水的装置。有微生物附着于电极上利用电解产生的氢气进行反硝化作用以此达到脱氮的目的。同时用含有硫元素的化合物作粒子电极，微生物也可利用硫酸盐为电子受体进行反硝化作用而实现脱氮。

现如今，在低碳氮比废水里利用氢自养耦合硫自养反硝化脱氮效果比较理想。若能同步的实现高效又快速的脱氮除磷，具有切实的应用价值，也会成为污水处理的必然趋势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，解决了现阶段无法实现高效又快速的脱氮除磷的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，包括三维电极生物膜反应器，所述三维电极生物膜反应器设置有分离区和反应区，所述分离区位于反应区上方，所述反应区中心设置有阳极，所述反应区侧壁设置有阴极，所述反应区内部设置有直流电源，所述阳极和阴极与直流电源的正负极之间通过导线相连接，所述阳极底部设置有驱动电机，所述驱动电机输出端固定连接有搅拌轴，所述驱动电机通过搅拌轴带动阳极转动，所述反应区内设置有粒子电极，所述反应区上部设置有粒子电极清洗器，所述反应区的下部设有布水装置，所述阳极材料为导电且能产生有利于微生物反硝化作用或产生能沉淀磷元素的材料，所述阴极材料为导电性良好且耐腐蚀的材料，所述粒子电极为混合材料，所述阳极为螺旋状，所述阳极用以搅拌，所述阴极为桶状并贴合柱体；

所述三维电极生物膜反应器一侧设置有出水口，所述三维电极生物膜反应器底部设置有进水口，所述三维电极生物膜反应器侧壁设置有回流循环泵，所述回流循环泵输出端与输入端均与三维电极生物膜反应器相连接，所述反应区与分离区之间设置有载体分离筛网，所述分离区内部设置有出水格网，所述三维电极生物膜反应器顶部两侧设置有粒子电极清洗器，所述粒子电极清洗器一侧设置有电极清洗器排污口，所述粒子电极清洗器内部设置有向下倾斜的电极清洗器折板。

优选的，所述粒子电极材料为直径1-3mm的颗粒。

优选的，所述反应区上方设置有载体分离筛网，所述载体分离筛网用以防止粒子电极进入装置上部的分离区。

优选的，所述电极清洗器折板的倾斜角度为30-45°。

工作原理：该装置以三维电极生物膜反应器为基础，分为上下两部分，均为圆柱状，上部为分离区，下部为反应区，反应区为装置的主体部分，反应区为装置的主体部分，阴极形成类似同心圆的布置方式，用导线将阳极和阴极与直流电源的正负极连起来，驱动电机通过搅拌轴带动阳极转动且阳极材料采用导电且能产生有利于微生物反硝化作用或产生能沉淀磷元素的材料，可以缓慢转动并能起到搅拌作用，也可以更好的剥落老旧的生物膜，材料可用纯铁或石墨，当材料为铁时，产生的铁离子可以与磷酸根结合形成不溶于水的磷酸盐，当材料为石墨时，产生CO2可以为微生物提供无机碳源，同时也能起到pH缓冲作用，阴极做桶状紧贴柱体，材料可用石墨或纯铜或不锈钢。优选电阻率更小的纯铜为电极材料可以提高电能利用率，提高产氢效率，阴极产生H2为微生物提供反硝化所需要的电子供体，当选用阳极材料产生的物质可以与磷酸根结合形成不溶于水的磷酸盐时，粒子电极可选用活性炭颗粒和硫代硫酸钠；当选用阳极材料产生的物质可以为微生物提供无机碳源时，粒子电极可选用活性炭颗粒、硫代硫酸钠和磁铁矿，还原性硫可以作为作微生物反硝化的电子供体，加强反硝化作用，实现高效且快速的脱氮，粒子电极进入清洗区进行清洗，在装置运行过程中，由于螺旋状阳极的剧烈搅拌，电极之间碰撞摩擦，附着在电极表面的微生物与电极颗粒分离，粒子电极得以清洗，洁净的粒子电极落入反应装置主体，清洗电极产生的污水从电极清洗器排污口排出，由于电极清洗器折板的阻挡，增加了电极清洗过程的路径，同时也增加了粒子电极颗粒之间的碰撞与摩擦，从而使微生物与电极颗粒更好的分离，得以更彻底地清洗粒子电极。

本发明提供了一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置。具备以下有益效果：

本发明通过阳极电极形态的改变，增大了电极的比表面积，可以富集更多的微生物，增大了处理量，提高效率；可缓慢转动起到搅拌作用，不仅可以使微生物和污染物充分混合，还可以加快老旧微生物脱落，使脱氮更加快速，阴极电极电阻率更小，导电率更高，同电流电压下能产生更多的电子供体，提高反硝化效率，降低用电成本，阳极或粒子电极有了铁元素或其他金属元素的加入，产生的离子可以和磷酸根等形成稳定的磷酸盐沉淀，这种沉淀既可以除去水中的磷元素，又可以从污泥中回收磷并再生利用，用硫代硫酸钠颗粒作为填充颗粒，参加硫微生物自养反硝化，处理效果会更好，阳极作为缓慢腐蚀消耗类型的材料，需要定期更换即可且操作简便，增加粒子电极清洗器，清洗更新了粒子电极，从而更高效地脱氮除磷，因此本发明对于处理低碳氮比废水具有低能耗、低成本、操作简单和高效快速的优势，也是国内污水处理的发展趋势。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1、直流电源；2、布水装置；3、阳极；4、阴极；5、粒子电极；6、粒子电极清洗器；601、电极清洗器折板；602、电极清洗器排污口；7、载体分离筛网；8、出水格网；9、进水口；10、出水口；11、回流循环泵；12、驱动电机。

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清楚、完整地描述，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。

实施例

请参阅附图1，本发明实施例提供一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，包括三维电极生物膜反应器，三维电极生物膜反应器分为上下两部分，均为圆柱状，上部为分离区，下部为反应区，反应区为装置的主体部分。阳极3位于反应区的正中心，阴极4做桶状紧贴反应区的柱体，形成类似同心圆的布置方式，用导线将阳极3和阴极4与直流电源1的正负极连起来。驱动电机12通过搅拌轴带动阳极3转动。

三维电极生物膜反应器一侧设置有出水口10，三维电极生物膜反应器底部设置有进水口9，三维电极生物膜反应器侧壁设置有回流循环泵11，回流循环泵11输出端与输入端均与三维电极生物膜反应器相连接，反应区与分离区之间设置有载体分离筛网7，分离区内部设置有出水格网8，阳极3材料采用导电且能产生有利于微生物反硝化作用或产生能沉淀磷元素的材料；阴极4材料采用导电性良好且耐腐蚀的材料；粒子电极5为混合材料。装置反应区的上部设有粒子电极清洗器6，反应区的下部设有布水装置2。

同步脱氮除磷装置的阳极3为螺旋状，可以缓慢转动并能起到搅拌作用，也可以更好的剥落老旧的生物膜。材料可用纯铁或石墨，当材料为铁时，产生的铁离子可以与磷酸根结合形成不溶于水的磷酸盐；当材料为石墨时，产生CO2可以为微生物提供无机碳源，同时也能起到pH缓冲作用。

同步脱氮除磷装置的阴极4做桶状紧贴柱体，材料可用石墨或纯铜或不锈钢，优选电阻率更小的纯铜为电极材料可以提高电能利用率，提高产氢效率，阴极4产生H2为微生物提供反硝化所需要的电子供体。

粒子电极5材料为直径1-3mm的颗粒；应具有较好的导电性和较大的比表面积；当选用阳极3材料产生的物质可以与磷酸根结合形成不溶于水的磷酸盐时，粒子电极5可选用活性炭颗粒和硫代硫酸钠；当选用阳极3材料产生的物质可以为微生物提供无机碳源时，粒子电极5可选用活性炭颗粒、硫代硫酸钠和磁铁矿海绵铁或泡沫铁。还原性硫可以作为作微生物反硝化的电子供体，加强反硝化作用，实现高效且快速的脱氮。

装置反应主体的上方设有载体分离筛网7，防止粒子电极5进入装置上部的分离区。

同步脱氮除磷装置主体上部两侧设有粒子电极清洗器6。粒子电极进入清洗区进行清洗。在装置运行过程中，由于螺旋状阳极3的剧烈搅拌，电极之间碰撞摩擦，附着在电极表面的微生物与电极颗粒分离，粒子电极5得以清洗。洁净的粒子电极落5入反应装置主体，清洗电极产生的污水从电极清洗器排污口602排出。

粒子电极清洗器6内部设有向下倾斜的电极清洗器折板601。由于电极清洗器折板601的阻挡，增加了电极清洗过程的路径，同时也增加了粒子电极5颗粒之间的碰撞与摩擦，从而使微生物与电极颗粒更好的分离，得以更彻底地清洗粒子电极5，所设电极清洗器折板601的倾斜角度为30-45°。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，包括三维电极生物膜反应器，其特征在于，所述三维电极生物膜反应器设置有分离区和反应区，所述分离区位于反应区上方，所述反应区中心设置有阳极（3），所述反应区侧壁设置有阴极（4），所述反应区内部设置有直流电源（1），所述阳极（3）和阴极（4）与直流电源（1）的正负极之间通过导线相连接，所述阳极（3）底部设置有驱动电机（12），所述驱动电机（12）输出端固定连接有搅拌轴，所述驱动电机（12）通过搅拌轴带动阳极（3）转动，所述反应区内设置有粒子电极（5），所述反应区上部设置有粒子电极清洗器（6），所述反应区的下部设有布水装置（2），所述阳极（3）材料为导电且能产生有利于微生物反硝化作用或产生能沉淀磷元素的材料，所述阴极（4）材料为导电性良好且耐腐蚀的材料，所述粒子电极（5）为混合材料，所述阳极（3）为螺旋状，所述阳极（3）用以搅拌，所述阴极（4）为桶状并贴合柱体；

所述三维电极生物膜反应器一侧设置有出水口（10），所述三维电极生物膜反应器底部设置有进水口（9），所述三维电极生物膜反应器侧壁设置有回流循环泵（11），所述回流循环泵（11）输出端与输入端均与三维电极生物膜反应器相连接，所述反应区与分离区之间设置有载体分离筛网（7），所述分离区内部设置有出水格网（8），所述三维电极生物膜反应器顶部两侧设置有粒子电极清洗器（6），所述粒子电极清洗器（6）一侧设置有电极清洗器排污口（602），所述粒子电极清洗器（6）内部设置有向下倾斜的电极清洗器折板（601）。

2.根据权利要求1所述的一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，其特征在于，所述粒子电极（5）材料为直径1-3mm的颗粒。

3.根据权利要求1所述的一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，其特征在于，所述反应区上方设置有载体分离筛网（7），所述载体分离筛网（7）用以防止粒子电极（5）进入装置上部的分离区。

4.根据权利要求1所述的一种深度处理低碳氮比废水同步脱氮除磷的装置，其特征在于，所述电极清洗器折板（601）的倾斜角度为30-45°。