申请日2019.04.29
公开(公告)日2019.06.25
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
基于电极生物膜法的废水处理装置和方法，涉及水处理技术领域，其中，上述基于电极生物膜法的废水处理装置包括直流稳压电源、硝化区和反硝化区;硝化区设有第一水管，第一水管的管壁上沿其轴线方向开设有长条形的第一缺口，第一缺口的开口朝上，第一水管的内腔中设有第一电极，第一水管的内壁上铺设片状的第二电极，第二电极围绕在第一电极外侧，第一电极和第二电极分别对应与直流稳压电源的正极或负极连接;反硝化区设有第二水管，第二水管的外周面整体密封不透气，第二水管的内腔中设有长条形的第三电极，第二水管的内壁上铺设片状的第四电极，第四电极围绕在第三电极外侧，第三电极和第四电极分别对应与直流稳压电源的正极或负极连接。
权利要求书
1.基于电极生物膜法的废水处理装置，包括直流稳压电源、硝化区和反硝化区，其特征在于：
所述硝化区设有第一水管(1a)，所述第一水管(1a)的管壁上沿其轴线方向开设有长条形的第一缺口，从而使得该第一水管(1a)的横截面呈“C”字形，所述第一缺口的开口朝上，所述第一水管(1a)的内腔中设有长条形的第一电极(1b)，所述第一电极(1b)沿第一水管(1a)的轴线方向延伸设置，所述第一水管(1a)的内壁上铺设片状的第二电极(1c)，所述第二电极(1c)紧贴第一水管(1a)的内壁并沿第一水管(1a)的轴线方向延伸设置，所述第二电极(1c)围绕在第一电极(1b)外侧且二者之间间隔一段距离，所述第一电极(1b)和第二电极(1c)分别对应与直流稳压电源的正极或负极连接;
所述反硝化区设有第二水管(2a)，所述第二水管(2a)的外周面整体密封不透气，所述第二水管(2a)的内腔中设有长条形的第三电极(2b)，所述第三电极(2b)沿第二水管(2a)的轴线方向延伸设置，所述第二水管(2a)的内壁上铺设片状的第四电极(2c)，所述第四电极(2c)紧贴第二水管(2a)的内壁并沿第二水管(2a)的轴线方向延伸设置，所述第四电极(2c)围绕在第三电极(2b)外侧且二者之间间隔一段距离，所述第三电极(2b)和第四电极(2c)分别对应与直流稳压电源的正极或负极连接;
所述第一水管(1a)的内径大于第二水管(2a)的内径，所述第一水管(1a)的出水端与第二水管(2a)的进水端相连，所述第一电极(1b)、第二电极(1c)、第三电极(2b)和第四电极(2c)表面粗糙不平以便于微生物挂膜。
2.根据权利要求1所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于:
还包括多个间隔设置的钩挂部件(1d)，所述钩挂部件(1d)设有“U”字形开口，在所述“U”字形开口的顶端设有外翻的钩挂部(1d1)，所述第一电极(1b)放入“U”字形开口中且由“U”字形开口的底部托住，所述钩挂部件(1d)从第一缺口伸入第一水管(1a)的内腔中，所述钩挂部(1d1)钩挂住第一缺口外沿，从而将所述第一电极(1b)悬吊在第一水管(1a)的内腔中，所述钩挂部(1d1)通过螺钉或胶粘剂固定连接第一水管(1a)的管壁外周面，在所述第一电极(1b)的上方还设有锁止横杆(1e)，所述钩挂部件(1d)上开设有锁止孔，所述锁止横杆(1e)从锁止孔中穿过并抵靠住第一电极(1b)，从而防止放置在所述“U”字形开口中的第一电极(1b)在外力作用下往上窜动。
3.根据权利要求1所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：
还包括长条形的密封件(2d)，所述密封件(2d)包括橡胶材料制成的本体(2d1)，所述本体(2d1)的左右两侧分别嵌入一个横截面弯折呈“U“字形的卡条(2d2)，任一卡条(2d2)的两个端头均从本体(2d1)的同一侧面伸出，所述本体(2d1)的下方设有用于固定第三电极的悬吊部件(2e)，所述悬吊部件(2e)固定连接本体(2d1);
所述第二水管(2a)的管壁上沿其轴线方向开设有长条形的第二缺口，使得该第二水管(2a)的横截面呈“C”字形，所述第二缺口的开口朝上，所述第二缺口的两侧壁上均开设有两条相互平行的卡槽，在位于同一侧壁的两卡槽中，位于上方的卡槽的宽度大于位于下方的卡槽的宽度且这两条卡槽之间的间距小于卡条(2d2)的两个端头之间的间距;
所述密封件(2d)卡入第二水管(2a)的缺口中后，所述卡条(2d2)的两个端头卡入卡槽中且位于两个端头之间的橡胶受挤压往第二缺口的侧壁方向膨胀并紧紧抵靠住第二缺口的侧壁，从而形成密封，所述第三电极(2b)通过悬吊部件固定并悬吊在第二水管(2a)的内腔中。
4.根据权利要求3所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：
所述密封件(2d)的本体(2d1)的顶部设有往左右两侧延伸的橡胶翼片(2d3)，所述橡胶翼片(2d3)与本体(2d1)一体成型，所述橡胶翼片(2d3)搭在第二水管(2a)的外周面上并通过螺钉或胶粘剂与第二水管(2a)的管壁外周面固定连接。
5.根据权利要求4所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：
在所述橡胶翼片(2d3)和第二水管(2a)的外周面上各设有一条容胶槽，所述橡胶翼片(2d3)上的容胶槽和第二水管(2a)外周面上的容胶槽开口位对齐且二者均沿第二水管(2a)的轴线方向延伸，所述容胶槽内注入有密封胶(2f)。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：
所述第一水管(1a)和第二水管(2a)均卷绕成涡卷形且在涡卷形的相邻两圈之间形成卷绕空隙，所述第二水管(2a)与第一水管(1a)位于同一水平面内且位于第一水管(1a)的卷绕空隙中。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：
所述第一电极(1b)和第三电极(2b)均为导电的碳纤维丝编织而成的圆形绳带，所述第二电极(1c)和第四电极(2c)均为导电的碳纤维编织而成的毡布。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：
还包括连接于第一水管(1a)进水端的用于供水的第一恒流泵，在所述第一水管(1a)与第二水管(2a)之间还设有第二恒流泵，所述第二恒流泵的进水口连接第一水管(1a)的出水端，所述第二恒流泵的排水口连接第二水管(2a)的进水端，废水处理时，所述第一恒流泵的供水量与第二恒流泵的排水量相等且该排水量可保证水流充满第二水管(2a)的内腔。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于电极生物膜法的废水处理装置，其特征在于：所述第一电极(1b)、第二电极(1c)、第三电极(2b)及第四电极(2c)上沿长度方向每间隔一段距离就设有一个电连接点，所述电连接点对应连接直流电源的正极或负极。
10.基于电极生物膜法的废水处理方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一项所述的基于电极生物膜法的废水处理装置对废水进行处理，其中,所述第一水管(1a)的内径不大于10cm，废水处理过程包括：
先进行微生物的挂膜驯化步骤，在第一电极(1b)、第二电极(1c)、第三电极(2b)及第四电极(2c)表面形成生物膜;
然后从第一水管(1a)的进水端注入待处理废水，控制反应温度在25-30摄氏度、输入电流强度在20-50mA，控制第一水管(1a)以及第二水管(2a)中的水流量，在保证水流始终漫过第一电极(1b)并充满第二水管(2a)内腔的同时，保证水力停留时间在10-20min，直至处理完成。
说明书
基于电极生物膜法的废水处理装置和方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种基于电极生物膜法的废水处理装置和方法。
背景技术
肆意排放的高氨氮含量的集约化水产养殖废水往往会加剧邻近水域水体富营养化，导致养殖水体及周围水域生态严重失衡及环境急速恶化。目前国内针对处理集约化水产养殖废水中的高氨氮一般采用传统的污水处理方法，这类处理工艺流程往往占地面积较大，且能耗也较大。
近些年来，越来越多的研究人员开始探究电极生物膜法的废水处理方案。电极生物膜法改变了传统的外部供氧供氢方式，通过反应器内部电解产生的氧气和氢气作为反应供体，大大提高了转化效率，而且可通过调节电流控制反应速率。短程电极生物膜工艺流程简单、水力停留时间短、运行稳定，非常有应用价值。
传统的电极生物膜废水处理装置在实际应用时大多采用一个体积较大的反应池(可参考庞朝晖等人在“短程电极生物膜处理养殖废水中高氨氮的试验研究”一文中的结构，实际应用时的电极生物膜废水处理装置可以理解为文中反应器的放大版)，反应池中间通过隔板分隔形成硝化反应区和反硝化反应区，硝化反应区顶部敞开，形成好氧区，反硝化反应区顶部封闭，形成缺氧区，由于硝化和反硝化反应均集中在反应池中进行，为保证处理效果，通常需要在反应池中设置搅拌装置，由于反应池体积较大，反应池内注水量较多，废水从进入反应池到从反应池流出所需要停留的时间仍旧偏长(或者说水力停留时间较长)。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种水力停留时间更短且无搅拌装置的基于电极生物膜法的废水处理装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于电极生物膜法的废水处理装置，包括直流稳压电源、硝化区和反硝化区;
所述硝化区设有第一水管，所述第一水管的管壁上沿其轴线方向开设有长条形的第一缺口，从而使得该第一水管的横截面呈“C”字形，所述第一缺口的开口朝上，所述第一水管的内腔中设有长条形的第一电极，所述第一电极沿第一水管的轴线方向延伸设置，所述第一水管的内壁上铺设片状的第二电极，所述第二电极紧贴第一水管的内壁并沿第一水管的轴线方向延伸设置，所述第二电极围绕在第一电极外侧且二者之间间隔一段距离，所述第一电极和第二电极分别对应与直流稳压电源的正极或负极连接;
所述反硝化区设有第二水管，所述第二水管的外周面整体密封不透气，所述第二水管的内腔中设有长条形的第三电极，所述第三电极沿第二水管的轴线方向延伸设置，所述第二水管的内壁上铺设片状的第四电极，所述第四电极紧贴第二水管的内壁并沿第二水管的轴线方向延伸设置，所述第四电极围绕在第三电极外侧且二者之间间隔一段距离，所述第三电极和第四电极分别对应与直流稳压电源的正极或负极连接;
所述第一水管的内径大于第二水管的内径，所述第一水管的出水端与第二水管的进水端相连，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极表面粗糙不平以便于微生物挂膜。
其中，上述基于电极生物膜法的废水处理装置还包括多个间隔设置的钩挂部件，所述钩挂部件设有“U”字形开口，在所述“U”字形开口的顶端设有外翻的钩挂部，所述第一电极放入“U”字形开口中且由“U”字形开口的底部托住，所述钩挂部件从第一缺口伸入第一水管的内腔中，所述钩挂部钩挂住第一缺口外沿，从而将所述第一电极悬吊在第一水管的内腔中，所述钩挂部通过螺钉或胶粘剂固定连接第一水管的管壁外周面，在所述第一电极的上方还设有锁止横杆，所述钩挂部件上开设有锁止孔，所述锁止横杆从锁止孔中穿过并抵靠住第一电极，从而防止放置在所述“U”字形开口中的第一电极在外力作用下往上窜动。
其中，上述基于电极生物膜法的废水处理装置还包括长条形的密封件，所述密封件包括橡胶材料制成的本体，所述本体的左右两侧分别嵌入一个横截面弯折呈“U“字形的卡条，任一卡条的两个端头均从本体的同一侧面伸出，所述本体的下方设有用于固定第三电极的悬吊部件，所述悬吊部件固定连接本体;
所述第二水管的管壁上沿其轴线方向开设有长条形的第二缺口，使得该第二水管的横截面呈“C”字形，所述第二缺口的开口朝上，所述第二缺口的两侧壁上均开设有两条相互平行的卡槽，在位于同一侧壁的两卡槽中，位于上方的卡槽的宽度大于位于下方的卡槽的宽度且这两条卡槽之间的间距小于卡条的两个端头之间的间距;
所述密封件卡入第二水管的缺口中后，所述卡条的两个端头卡入卡槽中且位于两个端头之间的橡胶受挤压往第二缺口的侧壁方向膨胀并紧紧抵靠住第二缺口的侧壁，从而形成密封，所述第三电极通过悬吊部件固定并悬吊在第二水管的内腔中。
进一步地，所述密封件的本体的顶部设有往左右两侧延伸的橡胶翼片，所述橡胶翼片与本体一体成型，所述橡胶翼片搭在第二水管的外周面上并通过螺钉或胶粘剂与第二水管固定连接。
更进一步地，在所述橡胶翼片和第二水管的外周面上各设有一条容胶槽，所述橡胶翼片上的容胶槽和第二水管外周面上的容胶槽开口位对齐且二者均沿第二水管的轴线方向延伸，所述容胶槽内注入有密封胶。
优选地，所述第一水管和第二水管均卷绕成涡卷形且在涡卷形的相邻两圈之间形成卷绕空隙，所述第二水管与第一水管位于同一水平面内且位于第一水管的卷绕空隙中。
优选地，所述第一电极和第三电极均为导电的碳纤维丝编织而成的圆形绳带，所述第二电极和第四电极均为导电的碳纤维编织而成的毡布。
优选地，上述基于电极生物膜法的废水处理装置还包括连接于第一水管进水端的用于供水的第一恒流泵，在所述第一水管与第二水管之间还设有第二恒流泵，所述第二恒流泵的进水口连接第一水管的出水端，所述第二恒流泵的排水口连接第二水管的进水端，废水处理时，所述第一恒流泵的供水量与第二恒流泵的排水量相等且该排水量可保证水流充满第二水管的内腔。
优选地，所述第一电极、第二电极、第三电极及第四电极上沿长度方向每间隔一段距离就设有一个电连接点，所述电连接点对应连接直流电源的正极或负极。
作为本发明的另一方面，采用上述基于电极生物膜法的废水处理装置对废水进行处理的方法，其中,所述第一水管的内径不大于10cm，废水处理过程包括：
先进行微生物的挂膜驯化步骤，在第一电极、第二电极、第三电极及第四电极表面形成生物膜;
然后从第一水管的进水端注入待处理废水，控制反应温度在25-30摄氏度、输入电流强度在20-50mA，控制第一水管以及第二水管中的水流量，在保证水流始终漫过第一电极并充满第二水管内腔的同时，保证水力停留时间在10-20min，直至处理完成。
本发明所涉废水处理装置采用横截面呈“C“字形的第一水管作为硝化反应区的主体部分，采用外周面密封的第二水管作为反硝化反应区的主体部分，第一水管上所开的缺口使得水管内腔与外部环境连通，从而形成好氧区，保证了硝化反应所需的基本条件，而第二水管外周面密封可以避免水管内腔直接与外部环境连通，从而形成缺氧区，保证了反硝化反应所需的基本条件，同时，本发明通过在第一水管和第二水管内设置沿水管轴线方向延伸的反应电极(第一电极、第二电极、第三电极及第四电极统称为反应电极)，废水从流入管道至经管道流出的过程中都处在有效反应区(即处于硝化或反硝化反应区)中，与采用反应池的结构相比，本发明无需再加装搅拌装置，同时废水流经反应装置所耗费的水力停留时间也可以变得更短。
