申请日2011.11.22
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜系统，在反应器本体中设有与反应器本体同心的隔膜，隔膜将反应器分隔为圆形的阳极区域和环形的阴极区域;在阳极区域填充有微生物载体填料，并在中心设有正电极;在阴极区域设有负电极，并在阴极区域填充导电粒子作为第三电极，负电极和导电粒子同时作为微生物载体;阳极区域底部设有进水管，阴极区域设有出水管，出水管设于反应器本体上端外壁。本发明在同一电极生物膜反应器中，利用电化学作用创造微生物适宜的环境，并提供电子受体和电子供体分别进行硝化和反硝化作用，达到有效处理氨氮废水的目的，能耗低、效率高、结构简单，操作容易。
权利要求书
1.一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜系统，它包括反应器本体(1)，其特征在于：所述反应器本体(1)为带底的圆筒结构，在反应器本体(1)中设有与反应器本体同心的隔膜(5)，隔膜将反应器内区域分为两部分，隔膜内的圆形区域为阳极区域，隔膜外与反应器本体内壁之间的环形区域为阴极区域;在阳极区域填充有微生物载体填料(9)，并在中心设有正电极(2);在阴极区域设有负电极(3)，负电极紧贴于反应器本体内壁，并在阴极区域填充导电粒子(4)作为第三电极，负电极(3)和导电粒子(4)同时作为微生物载体;阳极区域底部设有进水管(6)，阴极区域设有出水管(7)，出水管设于反应器本体上端外壁。
2.根据权利要求1所述的三维电极生物膜系统，其特征在于：在反应器本体(1)外壁中部设有回流管(8)，回流管(8)与进水管(6)连通，回流管用于将阴极区域的水部分回流至阳极区域。
3.根据权利要求1或2所述的三维电极生物膜系统，其特征在于：所述正电极(2)为惰性金属材料;所述负电极(3)为石墨、碳棒、活性炭纤维毡或不锈钢网;所述导电粒子(4)为活性碳颗粒或无烟煤。
4.根据权利要求3所述的三维电极生物膜系统，其特征在于：所述隔膜(5)为亲水性膜，且具有阻隔气体能力，该亲水性膜为醋酸纤维素、芳香族聚酰胺或聚偏氟乙烯。
5.根据权利要求4所述的三维电极生物膜系统，其特征在于：阳极区域填充的微生物载体填料(9)采用由绝缘材料构成的弹性填料、软性填料或悬浮填料。
说明书
一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜系统
技术领域
本发明涉及废水处理系统，具体指一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜系统，属于水处理技术领域。本系统在同一反应器中将生物膜法与电化学法相结合，完成硝化和反硝化处理低碳氮比高氨氮废水的全过程。
背景技术
随着我国工农业生产发展和城市化水平的提高，城市污水排水量迅速增加，大量未经处理或经过处理但出水氮磷仍然难以达标的城市污水排入城市湖泊、河流，使水体中氮磷污染日趋严重，其直接后果为水体富营养化。
水体中的氮主要以有机氮和无机氮的形式存在。有机氮包括蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等，有机氮经过微生物的分解转化为无机氮，主要为氨氮、亚硝态氮和硝态氮。废水中氮素的去除主要通过硝化和反硝化工艺，使各种形态的氮转化为气态氮(N2、N2O等)逸出水体而使水体得到净化。针对低碳氮比高氨氮废水处理，在传统生物硝化和反硝化过程中存在碱度和碳源不足等问题，有必要开发新的脱氮途径。
传统生物脱氮过程即是利用废水中的有机物，或者通过投加有机物甲醇、乙醇等，作为电子供体来进行反硝化，将硝酸盐氮转化为无毒的氮气。通过投加有机物，可以获得较高的反硝化速率，但出水中会有残余有机物，既影响了出水水质又增加了运行费用。对于氨氮含量高的废水，如污水处理厂的污泥析出液和垃圾渗滤液等，采用传统生物脱氮方法处理时，需投加有机碳源以满足异养反硝化的需要，能耗大、处理费用高。
近年来，在传统的硝化-反硝化工艺基础上发展出一系列高效、节能的脱氮技术，如SHARON、ANAMMOX以及二者组合的CANON等。这些工艺利用亚硝酸型反硝化和厌氧氨氧化来缩短氮的转化过程，达到能量和电子供体的节省。与之不同，电极生物膜法是另一种极具潜力的脱氮方法。该技术利用氢自养菌进行反硝化，在少量或无有机碳源的条件下，能够实现对NOx-的去除。由于产物清洁，不会增加出水负担;更重要的是，它克服了外部直接供氢气造成的剩余气体流失和不易操作等弱点，将复杂的生物化学反应过程用简单的电流调节进行控制，能耗低，操作方便。
目前，电极生物膜法多针对水中硝酸盐的去除，将该方法应用于低碳氮比高氨氮废水的处理还很鲜见。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种能耗低、效率高、结构简单的用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种适用于处理低碳氮比高氨氮废水的三维电极生物膜系统，它包括反应器本体，所述反应器本体为带底的圆筒结构，在反应器本体中设有与反应器本体同心的隔膜，隔膜将反应器内区域分为两部分，隔膜内的圆形区域为阳极区域，隔膜外与反应器本体内壁之间的环形区域为阴极区域;在阳极区域填充有微生物载体填料，并在中心设有正电极;在阴极区域设有负电极，负电极紧贴于反应器本体内壁，并在阴极区域填充导电粒子作为第三电极，负电极和导电粒子同时作为微生物载体;阳极区域底部设有进水管，阴极区域设有出水管，出水管设于反应器本体上端外壁。
进一步地，在反应器本体外壁中部设有回流管，回流管与进水管连通，回流管用于将阴极区域的水部分回流至阳极区域。
所述正电极为惰性金属材料;所述负电极为石墨、碳棒、活性炭纤维毡或不锈钢网;所述导电粒子为活性碳颗粒或无烟煤。
所述隔膜为醋酸纤维素、芳香族聚酰胺或聚偏氟乙烯等亲水性膜。
阳极区域填充的微生物载体填料为弹性填料、软性填料或悬浮填料等绝缘材料。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)电解作用为微生物生长繁殖提供适宜的环境，即阳极区好氧，而阴极区缺氧，同时微生物利用电解产物作为代谢底物，电极电解与微生物脱氮之间存在良好的协同作用。
2)正电极(阳极)为惰性金属材料时，电极反应以析氧为主，节省曝气所需要的能量，降低能耗。
3)负电极(阴极)电解水原位产氢，氢从生物膜内向外扩散，与外界提供氢气相比在传质方向上和传质动力上都得到增强。
4)阴极区微生物反硝化脱氮利用电解产物氢作为电子供体，不需要外加有机碳源，同时产物清洁。
5)阴极区域填充颗粒状导电粒子，一方面填充粒子作为微生物附着载体，提高了反应器中的微生物量;另一方面增大了比表面积，传质效果改善，提高了电流效率和处理效能。
6)本反应器将复杂的生物系统应用简单的电流进行调控，操作简单。
本发明可实现在同一电极生物膜反应器中，利用电化学作用创造微生物适宜的环境，并提供电子受体和电子供体分别进行硝化和反硝化作用，达到有效处理氨氮废水的目的。