CN2799543Y - 一种电极生物膜－sbr脱氮除磷设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电极生物膜－SBR脱氮除磷设备。本实用新型装置包括SBR反应器及在SBR反应器中插入两块既用来作电极，又用来挂膜的石墨板。本实用新型在反应器中引入电流，以期通过电场作用来促进SBR工艺处理效果。本实用新型是在SBR工艺的基础上，引入电极系统，构成一个复合电极生物膜。该生物膜利用SBR反应器中的微生物降解有机物，在去除有机物的同时，有机氮转化为硝基氮，并实现磷的过量吸收，同时微电解产生的氢被阴极板上的反硝化生物膜高效利用，在反硝化过程中，污水中的硝酸盐被还原，从而达到同步脱氮除磷的目的。

Description

一种电极生物膜-SBR脱氮除磷设备
技术领域
本实用新型涉及一种SBR脱氮除磷设备，具体是一种通过在SBR反应器中引入电流，以通过电场作用来促进SBR工艺处理效果的电极-SBR脱氮除磷设备。
背景技术
SBR是序批式活性污泥法(即序批式反应器，Sequencing Batch Reactor)的简称。早在1914年，Ardern和Locket发明活性污泥法时首先采用了这种处理系统，但随着工业和自动化控制技术的飞速发展，使SBR法可以结合自动监控技术焕发出新的活力，自1970年代以来，已成为国外污水生物处理领域的重要研究热点之一，工程实际应用也越来越多，我国也于近10年来给予了较大的关注。尽管SBR法的工艺出现很早，但近年来应用自动监控等技术后一跃而成当前污水生物处理领域的新技术之一。
SBR工艺是一种简易、快速且低耗的废水生物处理技术，其主要特有优点是：
SBR工艺的主体工艺设备只有一个SBR反应器，与普通活性污泥法相比，不需另设二沉池及污泥回流设备，且一般情况下无需调节池、多数情况下可省去初沉池，所以SBR工艺具有流程简单、布置紧凑、节省占地面积，节省基建投资(比普通活性污泥法节省30％多)。另外，在时间上具有理想的推流式反应器的特性、污泥沉降性能好、耐冲击性好，对进水水质水量的波动具有较好的适应性，运行灵活等。
SBR工艺的主要缺点是：虽有一定的脱氮除磷效果，但在厌氧和闲置阶段，反硝化反应效果不太稳定，特别是COD/N比低的废水，往往在反硝化阶段缺乏足够的有机物作为电子供体而影响脱氮除磷效果。传统方法是加入一定碳源(有时还需增加碱度)以增强脱氮效果，但工程应用方面一般存在经济与技术困难。
发明内容
本实用新型的目的在于针对已有技术存在的缺点，提供一种通过在SBR反应器中引入电流，通过水的电解作用产生氢气(H2)，以氢气(H2)代替有机物(COD)作为电子供体来满足SBR反应器中反硝化细菌营氧需要，以提高处理效果的电极-SBR脱氮除磷设备。本发明利用SBR反应器中的微生物降解有机物，在去除有机物的同时，有机氮转化为硝基氮，并实现磷的过量吸收，同时微电解产生的氢被阴极板上的反硝化生物膜高效利用，在反硝化过程中，污水中的硝酸盐被还原，从而达到同步脱氮除磷的目的。
为达到上述发明目的，本实用新型采取了如下技术方案：
本实用新型的装置如附图1所示，电极生物膜-SBR脱氮除磷设备，包括SBR反应器，改进点在于在SBR反应器基础上添加有电场作用。
所述的电场作用是由设置在SBR反应器中的既用来作电极，又用来挂膜的石墨板电极所产生。作为阴阳极的石墨板的尺寸为：长10～30cm、宽10～30cm、厚0.5～3cm。两块电极极板的板间距为10～30cm。
本实用新型的电极-SBR工艺的最佳参数为：进水0.2～1.2h、厌氧0.8～3h、曝气1～8h、缺氧0.5～3h、沉淀0.2～1h、排水0.2～1.5h、闲置0.5～2h。电流密度为0.02～0.1mA/cm2。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本实用新型在SBR反应器中引入电场，考察电极-SBR法对污染物的去除效果，并与SBR法进行对比，试验结果如下：
本实用新型的电极-SBR法对COD、TN、TP都有很高的去除效果：COD去除率达92％以上，NH4 +-N去除率达92.7％以上，TP去除率最高能达80％，通过与SBR法对比发现电极-SBR在脱氮除磷方面显示出更优的去除效率，在电流密度合适的情况下，TN和TP分别比SBR提高7％和15％。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图；
图2为本实用新型的电极-SBR反应器对CODGr的去除效果示意图；
图3为本实用新型的电极-SBR反应器对氨氮的去除效果示意图；
图4为本实用新型的电极-SBR反应器对TP的去除效果示意图；
图5为SBR与电极-SBR反应器图中COD随时间的降解过程情况示意图；
图6为SBR反应器中N随时间的中COD随时间的降解过程情况示意图；
图7为电极-SBR反应器中N随时间的降解过程情况示意图；
图8为SBR与电极-SBR反应器中TP随时间的降解过程情况示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图来对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。
本实用新型的装置如附图1所示，包括SBR反应器以及在SBR反应器中所插入两块石墨板，石墨板既用来作电极，又用来挂膜，石墨板的尺寸选择如下：
阴阳极板尺寸：长10～30cm、宽10～30cm、厚0.5～3cm；
极板间距：10～30cm。
本装置所涉及到的其他设备的选择：
可调直流稳压电源，型号：HC-708，输入：160V-240V；输出：1.5V-12V；
电流表，型号85C-A，量程0-200mA。
本实用新型装置的运行参数的选取：
根据以上各个工况的试验结果以及厌氧、曝气、缺氧等阶段的分析，得出电极-SBR工艺的最佳参数为工况3：进水0.2～1.2h、厌氧0.8～3h、曝气1～8h、缺氧0.5～3h、沉淀0.2～1h、排水0.2～1.5h、闲置0.5～2h。电流密度为0.02～0.1mA/cm2。
实施效果
1、污染物的去除效果
由附图2，3，4可以看出，本实用新型对COD、氨氮、TP都有很好的处理效果，其中COD去除率达92％以上，氨氮进水为20～22.3mg/L之间时，出水在1～1.57mg/L之间，NH4 +-N去除率达92.7％以上。TP进水在3.1～3.74之间时，出水在0.7～1.05之间，去除率最高能达80％，这说明电极-SBR的除磷效果很好，这是单纯SBR法所难以实现的。
从图2中可以明显的看出，在单纯SBR和电极-SBR整个反应结束后，氨氮的去除率两者没有很明显的差别，而总氮的去除率差别非常明显，在电流合适情况下，增加了7个百分点，由单纯SBR的77.1提高到了84.1％，氨氮的脱除主要是在曝气阶段进行的，因此总氮去除效果的提高反应了在微电解条件下阴极生物膜反硝化可获得较好的反硝化效果，即反硝化细菌充分利用了电化学反应析出的氢作为电子供体进行反硝化作用，从而使总氮的去除率比SBR反应器高。搅拌阶段硝酸盐氮的降解还包括反硝化细菌经同化作用还原一部分硝酸盐氮转化为氨氮，用以微生物的细胞的合成，氮成为细菌细胞的组成部分。
2、周期去除规律
如附图5，6，7，8所示，通过比较SBR与电极-SBR反应器过程曲线，可以发现两种情况下COD降解情况相差不大，但在电极生物膜SBR阶段COD出现了少量降解，可以理解为微电解条件的存在为微生物难降解物质起到了一定的作用。在曝气阶段，各水质参数的降解曲线相似，氨氮的降解主要在曝气阶段(硝化作用和同化作用)；硝酸盐氮由于硝化作用的发生曝气阶段曲线呈上升趋势；总氮受上述两个方面的影响降解呈现先速降后缓降现象；
两种SBR之间最显著的不同发生在搅拌阶段的硝氮和总氮的浓度变化，降解曲线的下降趋势说明了电极生物膜在SBR反应器的反硝化阶段充当了“催化剂”作用。
通过比较，可以看出电极生物膜反硝化阶段的反硝化效果非常明显，电极生物膜通过反硝化阶段的硝氮去除率为64％，而单纯SBR通过反硝化阶段的硝氮去除率为52％，电极生物膜的反硝化去除率高出了8个百分点。
3、电流密度对微生物生长的影响
废水的处理程度可以根据原生生物和微型后生动物的活动规律来判断，随着污水净化和水体自净程度增高，相应会出现许多高级微生物，一般来说，出现的先后次序为：细菌-植物性鞭毛虫类-变形虫(肉足类)-动物性鞭毛虫-游泳性纤毛虫、吸管虫-固着性纤毛虫-轮虫。游泳性纤毛虫的出现，标志着活性污泥处于培养中期，净化能力开始提高；大量固着性纤毛虫(钟虫等)和少量漫游虫、轮虫的出现，标志着活性污泥处于培养成熟期，有机质含量较低，出水水质好，净化能力高。
实验发现，在电极-SBR反应器的石墨电极板上，在培养驯化一周时，即开始形成明显的生物膜，而单一SBR反应器中的石墨板上生物膜不明显。静止沉淀时，电极-SBR反应器澄清快，单一SBR反应器则澄清慢。
本试验对两个反应器的原生生物生长情况通过进行显微镜观察，结果如下表所示。
                    表1  电流对微生物生长的影响
  SBR   电极-SBR
  游泳性纤毛虫   少量   较多
  钟虫   很多   一些
  轮虫   一些   少量
  漫游虫   少量   很少
  上清夜   透明   浑浊
从表1我们可以发现，在电极-SBR反应器中的轮虫和钟虫都比活性污泥反应器中的多，而游泳性纤毛虫则是SBR反应器中的较多，这反映出在电极-SBR反应器中，游离的细菌数量较少，有机质的含量较低，水质较好，污水处里的效果较好；而在SBR反应器中的活性污泥则处于培养中期，出水水质较差。
在实验过程中还发现，微电流对微生物的生长有较好的促进作用，当电流密度增加到一定程度时，则会抑止微生物的生长。
综合上述实验，本实用新型在SBR反应器中引入电场，考察电极-SBR法对污染物的去除效果，并与SBR法进行对比，试验结果如下：
电极-SBR法对COD、TN、TP都有很高的去除效果。COD去除率达92％以上，去除率达92.7％以上，TP去除率最高能达80％，通过与SBR法对比发现电极-SBR在脱氮除磷方面显示出更优的去除效率，在电流密度合适的情况下，TN和TP分别比SBR提高7％和15％。

Claims (2)

1、一种电极生物膜-SBR脱氮除磷设备，其特征在于包括SBR反应器以及在SBR反应器中插入的两块石墨板，石墨板的长为10～30cm、宽为10～30cm、厚为0.5～3cm。
2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于两块石墨板的板间距为10～30cm。
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