公布日：2024.04.09
申請(qǐng)日：2024.01.25
分類號(hào)：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I
摘要
本發(fā)明提供一種厭氧生物膜污水處理裝置及方法，裝置包括反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置包括陽(yáng)極填料層及陰極填料層的填料電極層，陽(yáng)極填料層及陰極填料層分別電性連接穩(wěn)壓直流電源的正極及負(fù)極，穩(wěn)壓直流電源用于在電極啟動(dòng)階段及填料掛膜階段為填料電極層持續(xù)性供電，且穩(wěn)壓直流電源用于在正常運(yùn)行階段為填料電極層間歇性供電。在正常運(yùn)行階段間歇性供電，在不影響污水處理效能的同時(shí)有效的降低電能損耗，通過獲取反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，可規(guī)避在正常運(yùn)行階段，且未供電時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生酸抑制。
權(quán)利要求書
1.一種厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置填料電極層，所述填料電極層包括分別與穩(wěn)壓直流電源的負(fù)極及正極連接的陰極填料層及陽(yáng)極填料層，所述穩(wěn)壓直流電源用于在電極啟動(dòng)階段及填料掛膜階段為所述填料電極層持續(xù)性供電，以于所述填料電極層上生長(zhǎng)厭氧生物膜，且所述穩(wěn)壓直流電源用于在正常運(yùn)行階段基于所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值為所述填料電極層間歇性供電，以消除酸抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述陰極填料層及所述陽(yáng)極填料層均電性連接電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件，所述反應(yīng)器上設(shè)置監(jiān)測(cè)探頭，所述監(jiān)測(cè)探頭通過自動(dòng)控制器電性連接所述穩(wěn)壓直流電源，所述監(jiān)測(cè)探頭用于監(jiān)測(cè)所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下設(shè)置三角出水堰及多孔布水板，以將所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下分隔為回收區(qū)、處理區(qū)及引入?yún)^(qū)，所述三角出水堰與所述反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壁之間圍合形成位于所述回收區(qū)內(nèi)的集水槽，所述反應(yīng)器的側(cè)壁連接進(jìn)水管及出水管，所述進(jìn)水管連通所述引入?yún)^(qū)，所述出水管連通所述回收區(qū)，所述填料電極層位于所述處理區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述陰極填料層包括若干個(gè)沿所述反應(yīng)器的徑向間隔均勻分布的填料盤，所述填料盤包括輪轂狀骨架及鑲嵌于所述輪轂狀骨架上的若干個(gè)導(dǎo)電毛刷，所述輪轂狀骨架相對(duì)的兩端均設(shè)置金屬接線端，兩所述金屬接線端用于分別電性連接所述穩(wěn)壓直流電源及所述電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電毛刷的直徑自所述輪轂狀骨架的中心向所述輪轂狀骨架的側(cè)緣方向逐漸增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述輪轂狀骨架的材料為鈦絲、銅絲或不銹鋼絲，所述導(dǎo)電毛刷的材料為碳纖維絲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器上設(shè)置集氣組件，所述集氣組件包括集氣總管及分流管，所述分流管位于所述回收區(qū)內(nèi)，所述集氣總管的一端連通所述分流管，所述集氣總管的另一端穿過所述反應(yīng)器的頂部，并依次連接控制閥及流量計(jì)，所述分流管連通若干個(gè)集氣支管，所述集氣支管遠(yuǎn)離所述分流管的一端穿過所述三角出水堰，并連接三相分離器，所述三相分離器位于所述處理區(qū)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置與所述引入?yún)^(qū)連通的放空管，所述反應(yīng)器的側(cè)壁設(shè)置與所述處理區(qū)連通的排泥管，所述排泥管位于所述填料電極層與所述多孔布水板之間，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)置檢查口及泄壓閥。
9.一種厭氧生物膜污水處理方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，包括以下步驟：將接種源與營(yíng)養(yǎng)液混合后形成混合液，將所述混合液泵入反應(yīng)器內(nèi)，直至所述混合液淹沒并溢出所述反應(yīng)器，將溢出的所述混合液再次泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，以完成全回流操作；通過穩(wěn)壓直流電源為包括陰極填料層及陽(yáng)極填料層的填料電極層供電，監(jiān)測(cè)電路電流及所述陽(yáng)極填料層的電勢(shì)，當(dāng)所述電路電流穩(wěn)定且所述陽(yáng)極填料層的電勢(shì)低于電勢(shì)閾值時(shí)，判斷完成電極啟動(dòng)階段；調(diào)節(jié)第一待處理污水的碳硫比，以形成掛膜污水，將所述掛膜污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，直至所述掛膜污水淹沒所述反應(yīng)器，通過所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，以于所述填料電極層上生長(zhǎng)厭氧生物膜，當(dāng)所述反應(yīng)器的產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，判斷完成填料掛膜階段；將第二待處理污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，并關(guān)閉所述穩(wěn)壓直流電源，以于正常運(yùn)行階段下進(jìn)行污水處理，獲取所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，當(dāng)所述pH值小于第一閾值和/或所述氧化還原電位值大于第二閾值時(shí)，控制所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，直至所述pH值大于所述第一閾值且所述氧化還原電位值小于所述第二閾值后，控制所述穩(wěn)壓直流電源斷電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的厭氧生物膜污水處理方法，其特征在于，所述碳硫比的范圍為2.5gCOD/gSO42-～10gCOD/gSO42-。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種厭氧生物膜污水處理裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中通過持續(xù)為厭氧反應(yīng)器中的陽(yáng)極電極及陰極電極供給外部電壓，以提高甲烷產(chǎn)率及COD去除率的過程中，極大的提高了電能的消耗的技術(shù)問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
一種厭氧生物膜污水處理裝置，包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置填料電極層，所述填料電極層包括分別與穩(wěn)壓直流電源的負(fù)極及正極連接的陰極填料層及陽(yáng)極填料層，所述穩(wěn)壓直流電源用于在電極啟動(dòng)階段及填料掛膜階段為所述填料電極層持續(xù)性供電，以于所述填料電極層上生長(zhǎng)厭氧生物膜，且所述穩(wěn)壓直流電源用于在正常運(yùn)行階段基于所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值為所述填料電極層間歇性供電，以消除酸抑制。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：在復(fù)雜的厭氧消化體系中引入所述填料電極層，所述填料電極層的作用是調(diào)節(jié)所述反應(yīng)器內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)，構(gòu)建所述厭氧生物膜，在所述填料掛膜階段完成后，所述填料電極層是否通電，對(duì)污水處理的效能影響較小，通過僅在所述電極啟動(dòng)階段及所述填料掛膜階段為所述填料電極層持續(xù)性供電，而在所述正常運(yùn)行階段間歇性供電，可在不影響污水處理效能的情況下，減少所述反應(yīng)器的電能消耗，提升能源回報(bào)率；當(dāng)在所述正常運(yùn)行階段，且未進(jìn)行供電時(shí)，容易因污水的有機(jī)負(fù)荷過高、底物C/N失衡、底物中含有某些有害物質(zhì)、或存在其他不利環(huán)境因子等原因造成酸抑制現(xiàn)象，抑制所述厭氧生物膜的產(chǎn)甲烷活性，進(jìn)而導(dǎo)致體系失穩(wěn)甚至崩潰，通過所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，可判斷所述反應(yīng)器內(nèi)是否處于失穩(wěn)狀態(tài)，進(jìn)而通過對(duì)所述填料電極層供電，以施加一定的正向干預(yù)，使陽(yáng)極微生物可以代謝小分子有機(jī)酸產(chǎn)生電子，在一定程度上減輕酸累積，過多的氫離子可以在陰極合成氫氣，提高體系的pH值，并為所述厭氧生物膜提供底物，促進(jìn)其代謝活性，規(guī)避酸抑制的情況，確保體系的穩(wěn)定性。
進(jìn)一步，所述陰極填料層及所述陽(yáng)極填料層均電性連接電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件，所述反應(yīng)器上設(shè)置監(jiān)測(cè)探頭，所述監(jiān)測(cè)探頭通過自動(dòng)控制器電性連接所述穩(wěn)壓直流電源，所述監(jiān)測(cè)探頭用于監(jiān)測(cè)所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值。
更進(jìn)一步，所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下設(shè)置三角出水堰及多孔布水板，以將所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下分隔為回收區(qū)、處理區(qū)及引入?yún)^(qū)，所述三角出水堰與所述反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壁之間圍合形成位于所述回收區(qū)內(nèi)的集水槽，所述反應(yīng)器的側(cè)壁連接進(jìn)水管及出水管，所述進(jìn)水管連通所述引入?yún)^(qū)，所述出水管連通所述回收區(qū)，所述填料電極層位于所述處理區(qū)。
更進(jìn)一步，所述陰極填料層包括若干個(gè)沿所述反應(yīng)器的徑向間隔均勻分布的填料盤，所述填料盤包括輪轂狀骨架及鑲嵌于所述輪轂狀骨架上的若干個(gè)導(dǎo)電毛刷，所述輪轂狀骨架相對(duì)的兩端均設(shè)置金屬接線端，兩所述金屬接線端用于分別電性連接所述穩(wěn)壓直流電源及所述電化學(xué)監(jiān)測(cè)組件。
更進(jìn)一步，所述導(dǎo)電毛刷的直徑自所述輪轂狀骨架的中心向所述輪轂狀骨架的側(cè)緣方向逐漸增加。
更進(jìn)一步，所述輪轂狀骨架的材料為鈦絲、銅絲或不銹鋼絲，所述導(dǎo)電毛刷的材料為碳纖維絲。
更進(jìn)一步，所述反應(yīng)器上設(shè)置集氣組件，所述集氣組件包括集氣總管及分流管，所述分流管位于所述回收區(qū)內(nèi)，所述集氣總管的一端連通所述分流管，所述集氣總管的另一端穿過所述反應(yīng)器的頂部，并依次連接控制閥及流量計(jì)，所述分流管連通若干個(gè)集氣支管，所述集氣支管遠(yuǎn)離所述分流管的一端穿過所述三角出水堰，并連接三相分離器，所述三相分離器位于所述處理區(qū)內(nèi)。
更進(jìn)一步，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置與所述引入?yún)^(qū)連通的放空管，所述反應(yīng)器的側(cè)壁設(shè)置與所述處理區(qū)連通的排泥管，所述排泥管位于所述填料電極層與所述多孔布水板之間，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)置檢查口及泄壓閥。
本發(fā)明還提供了一種厭氧生物膜污水處理方法，應(yīng)用于上述技術(shù)方案中所述的厭氧生物膜污水處理裝置，包括如下步驟：
將接種源與營(yíng)養(yǎng)液混合后形成混合液，將所述混合液泵入反應(yīng)器內(nèi)，直至所述混合液淹沒并溢出所述反應(yīng)器，將溢出的所述混合液再次泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，以完成全回流操作；
通過穩(wěn)壓直流電源為包括陰極填料層及陽(yáng)極填料層的填料電極層供電，監(jiān)測(cè)電路電流及所述陽(yáng)極填料層的電勢(shì)，當(dāng)所述電路電流穩(wěn)定且所述陽(yáng)極填料層的電勢(shì)低于電勢(shì)閾值時(shí)，判斷完成電極啟動(dòng)階段；
調(diào)節(jié)第一待處理污水的碳硫比，以形成掛膜污水，將所述掛膜污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，直至所述掛膜污水淹沒所述反應(yīng)器，通過所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，以于所述填料電極層上生長(zhǎng)厭氧生物膜，當(dāng)所述反應(yīng)器的產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，判斷完成填料掛膜階段；
將第二待處理污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，并關(guān)閉所述穩(wěn)壓直流電源，以于正常運(yùn)行階段下進(jìn)行污水處理，獲取所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，當(dāng)所述pH值小于第一閾值和/或所述氧化還原電位值大于第二閾值時(shí)，控制所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，直至所述pH值大于所述第一閾值且所述氧化還原電位值小于所述第二閾值后，控制所述穩(wěn)壓直流電源斷電。
進(jìn)一步，所述碳硫比的范圍為2.5gCOD/gSO42-～10gCOD/gSO42-。
（發(fā)明人：曾凱;謝錦文;郭澤沖;李攀榮;周佳琳;胡昌順;吳勝之;王佳琪;李文）
