CN206156846U - 一种复合式电极生物膜脱氮反应器 - Google Patents

Abstract

一种复合式电极生物膜脱氮反应器，将含氮废水泵入反应器中，在电解的作用下产生氢气，然后在反硝化生物膜的作用下，利用氢气作为电子供体将废水中的硝酸盐氮进行反硝化，最终产生氮气逸出系统，达到深度脱氮的目的。整个反应器增加微生物量，提高对实际的高浓度硝酸盐氮废水的脱氮效率。

Description

一种复合式电极生物膜脱氮反应器

技术领域

本实用新型属于水处理行业中的环保设备领域，具体涉及一种复合式电极生物膜脱氮反应器，可处理低碳氮比含氮废水，提高处理效率。

背景技术

电极生物膜技术是在以氢气为电子供体的自养反硝化基础上发展起来的一种生物与电化学相结合的水处理技术，在少量或不投加有机碳源的条件下，能够实现对氮和部分有机物的去除。该工艺主要有阴极和阳极两个电极组成的二维电极，通过在阴极表面驯化挂膜，微生物最终固定于阴极表面形成反硝化生物膜，在外加电流的作用下电解水产生氢气，这些氢气及电子在透过阴极表面时被生物活性物质捕获，在生物酶的作用下作为电子供体参与到硝酸盐的还原反应中去，从而实现反硝化脱氮。还有部分反硝化菌利用废水中的有机物作为电子供体，共同将硝酸盐氮还原为氮气。

该工艺产物无污染、去除效率高、操作方便灵活，将复杂的生物、电化学反应过程仅用简单的电流调节控制即可来实现。但是，该工艺仅通过阴极上的反硝化生物膜进行脱氮，其微生物量少，脱氮效率低，目前只停留在对低浓度(50mg/L以下)的硝酸盐氮废水的处理，如对地下水的处理，而对实际的高浓度、难降解的硝酸盐氮废水的脱氮处理较为少见，如对垃圾渗滤液的处理，目前尚无成功的案例。为了提高阴极表面的微生物量，有人在二维电极的基础上进行了改进，即在二维电极之间填充颗粒活性炭，充当第三电极，提高了阴极的表面积，从而提高微生物的附着量。这种三维电极生物膜技术虽然提高了微生物量，在一定程度上也提高了脱氮效率，但增加的第三电极活性炭在反应器中宜沉积板结，阻碍了反应器中气、液的流动，从而影响反应效率。因此，不管是二维电极生物膜技术还是三维电极生物膜技术，都存在一些问题，如何有效提高电极生物膜反应器中的微生物量及脱氮效率，是电极生物膜技术发展及应用的关键所在。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术难题，提供一种复合式电极生物膜脱氮反应器，将含氮废水泵入反应器中，在电解的作用下产生氢气，然后在反硝化生物膜的作用下，利用氢气作为电子供体将废水中的硝酸盐氮进行反硝化，最终产生氮气逸出系统，达到深度脱氮的目的。整个反应器增加微生物量，提高对实际的高浓度硝酸盐氮废水的脱氮效率。

技术方案

为了实现上述技术目的，本实用新型设计了一种复合式电极生物膜脱氮反应器，其特征在于：它包括水箱、进水泵、脱氮反应器、产水箱；

水箱与脱氮反应器连接，连接管路上装有进水泵，脱氮反应器的出水端与产水箱连接，同时，脱氮反应器的出水管路与进水管路之间连接有回流泵。

进一步，所说脱氮反应器由阴极、阳极、直流电源及生物填料组成，其中，生物填料置于阴极与阳极之间。

进一步，所述阴极沿反应器内壁布置，阴极与阳极至少设有两对，交替置于反应器中，阴极与阳极之间的电极间距均为5～20cm。

进一步，所述阴极材质为网状、多孔状金属或活性炭纤维，阳极材质为石墨。

进一步，所述生物填料为亲水性弹性填料，直径不大于电极间距。

有益效果

本实用新型设计的一种复合式电极生物膜脱氮反应器，利用电解过程产生的氢气作为电子供体，减少或无需外加有机碳源，就可对低碳氮比的难降解含氮废水进行脱氮处理，其脱氮效率高，不仅极大的降低了成本，而且解决了低碳氮比的含氮废水脱氮的行业性难题，具有广阔的市场前景。

附图说明

附图1是本实用新型的工艺及专用装置连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型做详细说明。

实施例

如附图1所示，复合式电极生物膜脱氮反应器，它主要包括水箱1、进水泵2、脱氮反应器3、产水箱4；

水箱1与脱氮反应器3连接，连接管路上装有进水泵2；脱氮反应器3的出水端与产水箱4连接，同时，脱氮反应器3的出水管路与进水管路之间连接有回流泵5。

所述脱氮反应器3由阴极6、阳极7、直流电源8及生物填料9组成，其中，生物填料9置于阴极6与阳极7之间。

所述阴极6沿反应器内壁布置，阴极6与阳极7至少设有两对，交替置于反应器中，阴极6与阳极7之间的电极间距均为5～20cm。

所述阴极6材质为网状、多孔状金属或活性炭纤维，阳极材质为石墨。

所述生物填料9为亲水性弹性填料，直径不大于电极间距。

利用上述装置处理有机废水的过程如下：

首先，低碳氮比(0.5～2)、总氮浓度在50～200mg/L之间的硝酸盐氮废水与系统出水回流液混合后从底部进入反应器。其中，该回流液对进水有稀释作用，提高脱氮效率，而且能通过调节回流量的大小，可使系统维持稳定的缺氧环境。在外加电流的作用下进行水电解，水电解过程中，控制电流密度在0.4～1.4A/m²之间，阴极上主要产生氢气，除此之外，还发生氧气的还原反应，产生氢氧根；阳极上主要产生氧气，除此之外，阳极石墨碳棒上的碳将也进行氧化反应，生成二氧化碳，二氧化碳溶于水中，部分转化为碳酸、碳酸氢根等，这些产物与氢气均可被生物膜中的微生物高效利用。同时，碳酸、碳酸氢根等向生物膜内扩散，对反硝化系统中的pH起到一定的缓冲作用。

然后，上述产生的氢气与废水中的硝酸盐氮在反硝化微生物的作用下，进行反硝化脱氮反应，产生氮气逸出系统。值得注意的是，反硝化微生物不仅仅是由阴极表面固着的生物膜产生，而更大部分的来源于生物填料上固着的生物膜，整个系统的污泥浓度较高，可达到3～10g/L。

Claims (5)

1.一种复合式电极生物膜脱氮反应器，其特征在于：它包括水箱(1)、进水泵(2)、脱氮反应器(3)和产水箱(4)；

水箱(1)与脱氮反应器(3)连接，连接管路上装有进水泵(2)，脱氮反应器(3)的出水端与产水箱(4)连接，脱氮反应器(3)的出水管路与进水管路之间连接有回流泵(5)。

2.如权利要求1所述的一种复合式电极生物膜脱氮反应器，其特征在于：所述脱氮反应器(3)包括阴极(6)、阳极(7)、直流电源(8)及生物填料(9)，其中，生物填料(9)置于阴极(6)与阳极(7)之间。

3.如权利要求2所述的一种复合式电极生物膜脱氮反应器，其特征在于：所述阴极(6)沿脱氮反应器(3)内壁布置，阴极(6)与阳极(7)至少设有两对，交替置于脱氮反应器(3)中，阴极(6)与阳极(7)之间的电极间距均为5～20cm。

4.如权利要求2所述的一种复合式电极生物膜脱氮反应器，其特征在于：所述阴极(6)材质为网状、多孔状金属或活性炭纤维，阳极(7)材质为石墨。

5.如权利要求2所述的一种复合式电极生物膜脱氮反应器，其特征在于：所述生物填料(9)为亲水性弹性填料，直径不大于电极间距。