申请日2014.01.28
公开(公告)日2014.06.25
IPC分类号C02F9/14
摘要
本实用新型公开了一种电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置，其特征是：嵌套式电极装置通过固定锚固定设置在曝气池中，嵌套式电极装置是由阳极、阴极、绝缘透水层和控制中枢构成;阳极和阴极通过绝缘透水层隔离设置，并通过导线相连接，在阳极和阴极所在的导线上设置若干绝缘焊接点;在阳极和阴极之间串联设置控制中枢。本实用新型能有效降低曝气能耗，提高污染处理效率、同时便于安装和构建、并降低构建成本。
权利要求书
1.一种电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置，其特征是：所述嵌套式电极装置 通过固定锚(13)固定设置在曝气池(1)中，所述嵌套式电极装置是由阳极(7)、阴极(8)、绝缘透 水层(9)和控制中枢(10)构成;所述阳极(7)和阴极(8)通过所述绝缘透水层(9)隔离设置，并通过 导线(12)相连接，在所述阳极(7)和阴极(8)所在的导线上设置若干绝缘焊接点(11);在所述阳 极(7)和阴极(8)之间串联设置所述控制中枢(10)。
2.根据权利要求1所述的电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置，其特征是：所 述嵌套式电极装置可设置为立式或卧式组合式结构，所述立式或卧式组合式结构为：所述嵌 套式电极装置的外壁为阳极(7)，内部为阴极(8)，在所述阳极(7)和阴极(8)之间设置绝缘透水 层(9)，在所述阴极(8)中设置微孔曝气系统，所述微孔曝气系统是由放置在所述阴极(8)中的微 孔曝气管(14)通过空气导管(15)与空气收集器(16)相连接。
3.根据权利要求1所述的电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置，其特征是：所述 嵌套式电极装置可设置为立式或卧式叠合式结构，所述立式或卧式叠合式结构为：所述嵌套 式电极装置的下层为阳极(7)，上层为阴极(8)，在所述阳极(7)和阴极(8)之间设置绝缘透吸水 层(9)，在所述阳极(7)和绝缘透水层(9)中嵌入设置有包围所述阴极(8)外侧壁的吸水层(17)，在 所述阴极(8)的上方设置喷淋装置，所述喷淋装置是由放置在所述曝气池(1)中的微型水泵(20) 通过水管(19)连接至设置在所述阴极(8)上方的洒水喷头(18)。
4.根据权利要求1所述的电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置，其特征是：所述 嵌套式电极装置可设置为独立式结构;所述独立式结构为：所述阴极(8)单独设置在阴极池(22) 中，并通过盐桥(21)连接于所述阳极(7)所在的曝气池(1)中。
5.根据权利要求1所述的电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置，其特征是：所述 固定锚(13)分为底座式固定锚和悬挂式固定锚，所述底座式固定锚的结构为：底座式固定锚 由固定锚子扣(28)、固定锚底座(29)和固定螺丝(30)组成;所述固定锚底座(29)固定设置在曝 气池(1)中，所述固定锚子扣(28)嵌套在所述固定锚底座(29)并通过所述固定螺丝(30)固定;
所述悬挂式固定锚的结构为：悬挂式固定锚由固定锚子扣(28)、悬挂索(31)、悬挂杆(32) 和横向固定螺丝(33)组成;所述固定锚子扣(28)通过所述悬挂索(31)悬挂于所述固定杆(32)上， 并通过横向固定螺丝(33)将所述悬挂索(31)固定在所述固定杆(32)上。
说明书
一种电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置
技术领域
本实用新型涉及污水处理装置，更具体地说是一种电化学-生物强化污水处理装置。
背景技术
曝气池和氧化沟是当前应用最广泛的污水厂污水生物处理技术，通过曝气设备持续提供 氧气，好氧和兼氧微生物将复杂有机化合物降解为简单化合物，并最终降解为CO2，从而削 减污水的COD和BOD浓度。在此生物降解过程中，微生物新陈代谢产生的电子还原水中的溶 解氧(电子受体)生成水。但是，水中的溶解氧基本上来自于曝气设备充入水中的空气，这些 设备的运行需大量能耗。据统计，根据不同污水水质，曝气设备能耗占污水处理厂总能耗的 30%～60%。经过不断的技术革新，鼓风机等曝气设备的技术性能有了很大提高(如采用微孔曝 气技术)并显著提高了氧气的转移效率，降低了曝气能耗。但是，由于生物污垢堵塞等负面因 素的影响，污水厂曝气所消耗的实际能耗仍然很高。
生物电化学技术(简称BEC)是一种节能、经济、环保的强化污水中有机污染物降解的污 水处理方法。主要由阳极、阴极和一导线连接的电路构成，各种类型的生物电化学技术设计 和研究报告显示了其可以提高碳氢化合物、酚等其他有机污染物的生物降解效率。生物电化 学技术也被大量应用于地下水和地表水中有机物的去除，并同时产电。
现有技术中，在阳极室厌氧区域，微生物降解有机污染物产生并转移电子至阳极，这些 电子被导线传输到阴极，与阴极区域的电子受体结合而消耗。氧气为阴极最好的终端电子受 体。这些类型的生物电化学系统中阳极区与阴极区由质子交换膜或盐桥分离，这些质子交换 膜或盐桥仅允许质子在阳极和阴极之间转移。同时，这些类型的生物电化学系统中还需尽量 减少氧气与阳极的接触。然而，由于使用质子交换膜或盐桥，不仅增加了生物电化学系统的 构建难度和成本，而且限制了生物电化学系统的构建规模，难以应用于工程实践。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有生物电化学技术的不足之处，提供了一种电化学-生物强化 污水处理的嵌套式电极装置，能有效降低曝气能耗，提高污染处理效率、同时便于安装和构 建、并降低构建成本。
本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
本实用新型一种电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置的结构特点是：所述嵌套式 电极装置通过固定锚固定设置在曝气池中，所述嵌套式电极装置是由阳极、阴极、绝缘透水 层和控制中枢构成;所述阳极和阴极通过所述绝缘透水层隔离设置，并通过导线相连接，在 所述阳极和阴极所在的导线上设置若干绝缘焊接点;在所述阳极和阴极之间串联设置所述控 制中枢。
本实用新型电化学-生物强化污水处理的嵌套式电极装置的结构特点也在于：
所述嵌套式电极装置可设置为立式或卧式组合式结构，所述立式或卧式组合式结构为： 所述嵌套式电极装置的外壁为阳极，内部为阴极，在所述阳极和阴极之间设置绝缘透水层， 在所述阴极中设置微孔曝气系统，所述微孔曝气系统是由放置在所述阴极中的微孔曝气管通 过空气导管与空气收集器相连接。
所述嵌套式电极装置可设置为立式或卧式叠合式结构，所述立式或卧式叠合式结构为： 所述嵌套式电极装置的下层为阳极，上层为阴极，在所述阳极和阴极之间设置绝缘透吸水层， 在所述阳极和绝缘透水层中嵌入设置有包围所述阴极外侧壁的吸水层，在所述阴极的上方设 置喷淋装置，所述喷淋装置是由放置在所述曝气池中的微型水泵通过水管连接至设置在所述 阴极上方的洒水喷头。
所述嵌套式电极装置可设置为独立式结构;所述独立式结构为：所述阴极单独设置在阴 极池中，并通过盐桥连接于所述阳极所在的曝气池中。
所述固定锚分为底座式固定锚和悬挂式固定锚，所述底座式固定锚的结构为：底座式固 定锚由固定锚子扣、固定锚底座和固定螺丝组成;所述固定锚底座固定设置在曝气池中，所 述固定锚子扣嵌套在所述固定锚底座并通过所述固定螺丝固定;
所述悬挂式固定锚的结构为：悬挂式固定锚由固定锚子扣、悬挂索、悬挂杆和横向固定 螺丝组成;所述固定锚子扣通过所述悬挂索悬挂于所述固定杆上，并通过横向固定螺丝将所 述悬挂索固定在所述固定杆上。
生物电化学技术中的电子转移机制可以通过两种途径提高污水中有机物的降解率。首先， 高导电电极的存在和阴极周围的空气可以维持一个快速的电子转移，加快污水中有机物降解 过程产生的电子提取，阴极与空气的直接接触消除或减弱了污水处理过程曝气的必要性。其 次，有机物降解过程产生的电子只有少部分被微生物自身利用，其余大部分可通过电极传输 产生电能，因此，在微生物降解有机污染物的过程中相当于增加一个有竞争力的电子接收器， 阳极捕捉电子并把电子通过导线输送到阴极，在阴极电子和氧气结合发生反应，从而进一步 刺激微生物，实现更高的有机物生物降解速率。因此，生物电化学技术可以显著提高有机污 染物的降解速率，从而提高污水处理效率。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、本实用新型集电化学和生物处理技术于一体，可直接利用空气中的分子氧，完全替代 或减少污水生物处理过程的曝气，采用平行、垂直或者斜交于水流方向的嵌套式电极装置， 克服了曝气池运行过程水位变化的影响，以及阴极难以漂浮在水-气界面且保持湿润的难题， 使得阴极能直接和充分利用空气中的氧气为电子受体，省去或减少曝气，有效降低水处理能 耗;处理效果好、能耗低、电极寿命长、成本低。
2、本实用新型所采用的组合式嵌套电极，在阴极中加入微孔曝气管，可直接利用自然风 来增加阴极表面氧气的含量，并解决了如何使阴极漂浮在水-气界面且保持湿润的难题，极大 提高阴极反应速率。
3、本实用新型所采用的叠合式嵌套电极，可将阴极直接置于曝气池水面上方，并通过吸 水层和喷淋装置为阴极提供水分，以保证其表面湿润，克服了如何使阴极漂浮在水-气界面且 保持湿润的难题，极大提高阴极反应速率。
4、本实用新型所采用的叠合式嵌套电极，可将阴极独立于阳极安装于一个含有任何溶解 的溶质的水中。一个由传到质子和例子作用的管状、片状或其他形状的非绝缘吸水或保水材 料的连接体(盐桥)两端分别放置于阴极和阳极所在的水中。阴极容器中的水保证其表面湿 润，解决了如何使阴极漂浮在水-气界面且保持湿润的难题，阴阳极之间的连接保证了质子的 流通途径，可极大提高装置反应速率。
5、本实用新型采用片状、粒状、丝状、螺旋状、以及混合形状的材料作为阴极，具有良 好透水性，并显著增大了阴极比表面积，提高电流效率，降低能耗和污水处理成本。
6、本实用新型采用透水性好的片片状、粒状、丝状、螺旋状、以及混合形状的材料作为 阳极，使阳极与污水接触充分，能快速及时收集和传输有机物降解过程产生的电子，并为微 生物提供栖息场所，提高曝气池微生物浓度，增大容积负荷率，提高污水处理速率和效率。
7、本实用新型采用嵌套电极，阴极和阳极之间省去了质子交换膜，不仅大大节约了构建 成本，而且完全摆脱了构建规模的限制，解决了生物电化学污水处理技术难于规模化实际应 用的难题。