申请日2006.10.23
公开(公告)日2007.03.28
IPC分类号C02F3/02; C02F1/52; C02F1/461
摘要
复合式微电解/生物膜反应装置及其处理污水的方法，涉及一种处理污水的反应装置及方法。它解决了目前微电解技术对有机污染物处理效率不高，无法脱氮，电极钝化，工艺流程复杂，污水处理装置占地面积大，投资和运行费用高的问题。它由第一微电解/生物膜反应池(1)、絮凝池(2)、第一沉淀池(3)、第二微电解/生物膜反应池(4)、第三微电解/生物膜反应池(5)和第二沉淀池(6)组成;第一微电解/生物膜反应池(1)内装载了接种微生物的铁屑填料层(11)和活性炭填料层(12)。本发明具有对有机污染物处理效率高，对污水进行了脱氮处理，无电极钝化，工艺流程简单，污水处理装置占地面积较小，投资和运行费用低的优点。
权利要求书
1、一种复合式微电解/生物膜反应装置，其特征在于复合式微电解/生物膜 反应装置由第一微电解/生物膜反应池(1)、絮凝池(2)、第一沉淀池(3)、 第二微电解/生物膜反应池(4)、第三微电解/生物膜反应池(5)和第二沉淀池 (6)组成;第一微电解/生物膜反应池(1)与絮凝池(2)通过潜孔(19)水 力连通，絮凝池(2)与第一沉淀池(3)通过底部孔洞(20)水力连通，第一 沉淀池(3)与第二微电解/生物膜反应池(4)通过集水槽(21)水力连通， 第二微电解/生物膜反应池(4)与第三微电解/生物膜反应池(5)通过底部孔 洞(20)水力连通，第三微电解/生物膜反应池(5)与第二沉淀池(6)通过 导流管(22)连通，第二沉淀池(6)与出水管(23)通过集水槽(21)连通; 第一微电解/生物膜反应池(1)的底部安装了带有加酸装置(7)的进水管(8)， 第一微电解/生物膜反应池(1)的后侧安装了带有回流泵(9)的回流管(10)， 第一微电解/生物膜反应池(1)内装载了接种微生物的铁屑填料层(11)和活 性炭填料层(12);絮凝池(2)上方安装了装有带加药管(25)的加药装置(13)， 絮凝池(2)内在垂直方向安装了等距离多层栅网(14)，栅网(14)的网格上 密下疏;第一沉淀池(3)和第二沉淀池(6)的底部安装了污泥排放管(24)， 第一沉淀池(3)和第二沉淀池(6)内垂直方向安装斜板(15);第二微电解/ 生物膜反应池(4)和第三微电解/生物膜反应池(5)内装载了接种微生物的 铜、铁屑填料层(16)和活性炭填料层(12)，第二微电解/生物膜反应池(4) 和第三微电解/生物膜反应池(5)内的下部安装微孔曝气头(17)，并且微孔 曝气头(17)与空气管(18)连接;第二沉淀池(6)的右侧安装了出水管(23)， 第二沉淀池(6)的后侧装有回流管(10)。
2、根据权利要求1所述的一种复合式微电解/生物膜反应装置，其特征在 于第一微电解/生物膜反应池(1)、第二微电解/生物膜反应池(4)和第三微电 解/生物膜反应池(5)采用焦炭、粉煤灰或炉渣替代活性炭填料层(12)的活 性炭颗粒。
3、根据权利要求1所述的一种复合式微电解/生物膜反应装置，其特征在 于第一微电解/生物膜反应池(1)、第二微电解/生物膜反应池(4)和第三微电 解/生物膜反应池(5)内的活性炭填料层(12)的厚度为0.1～2m，活性炭填 料层(12)的活性炭颗粒径为1～5mm;第一微电解/生物膜反应池(1)铁屑 填料层(11)的厚度为0.1～2m，铁屑填料层(11)的铁屑的直径为5～10mm; 第二微电解/生物膜反应池(4)和第三微电解/生物膜反应池(5)内铜、铁屑 填料层(16)的厚度为0.1～2m，铜、铁屑填料层(16)的铜屑和铁屑的直径 都为5～10mm，铜屑和铁屑含量比是1∶2～10。
4、根据权利要求1所述的一种复合式微电解/生物膜反应装置，其特征在 于絮凝池(2)中安装的栅网(14)的层数为3～10层，栅网(14)的网格尺 寸上密下疏，网格尺寸的变化范围为10～100mm;栅网(14)用机械搅拌、 曝气搅拌或穿孔旋流絮凝设备来代替。
5、根据权利要求1所述的一种复合式微电解/生物膜反应装置，其特征在 于第一沉淀池(3)内每个斜板(15)的间距为50mm，第二沉淀池(6)每个 斜板(15)的间距为100mm。
6、根据权利要求1所述的一种复合式微电解/生物膜反应装置，其特征在 于复合式微电解/生物膜反应装置采用一字型布置形式或回转型布置形式。
7、根据权利要求1所述的利用复合式微电解/生物膜反应装置进行处理污 水的方法，其特征在于处理污水的方法步骤如下：一、用加酸装置(7)向进 水管(8)中的A style="TEXT-DECORATION: none" href="http://www.dowater.com/">污水中加HCl溶液，调节污水的pH值在4～5范围内;二、经 步骤一处理后的污水通过进水管(8)流入第一微电解/生物膜反应池(1)，第 一微电解/生物膜反应池(1)内的氧化还原电位小于-100mv，铁炭微电解反 应和微生物水解反应将污水中复杂的大分子有机物转化为小分子物质;三、经 步骤二处理后的污水通过潜孔(19)流入絮凝池(2)，用加药装置(13)向絮 凝池(2)内投加石灰乳，调节污水pH值为6.5～7.5;四、经步骤三处理后的 污水通过孔洞(20)流入第一沉淀池(3)，污水与污泥的分离采用斜板沉淀， 污泥通过污泥排放管(24)排出;五、经步骤四处理后的污水被集水槽(21) 收集后流入第二微电解/生物膜反应池(4)，在通过孔洞(20)流入第三微电 解/生物膜反应池(5)，第二微电解/生物膜反应池(4)和第三微电解/生物膜 反应池(5)内的pH值为6.5～7.5，DO大于1.5mg/L，曝气设备和曝气方式 采用微孔曝气头鼓风曝气，通过附着在填料表面的好氧菌对有机物的降解;六、 经步骤五处理后的污水通过导流管(22)流入第二沉淀池(6)，污水与污泥的 分离采用斜板沉淀，污泥通过污泥排放管(24)排出，处理后污水一部分通过 带有回流泵(9)的回流管(10)送回第一微电解/生物膜反应池(1)，其余处 理后的污水被集水槽(21)收集再通过出水管(23)排放;反应过程中水流方 向采用升流或降流形式。
8、根据权利要求7所述的利用复合式微电解/生物膜反应装置进行处理污 水的方法，其特征在于水流方向采用平流形式。
9、根据权利要求7所述的利用复合式微电解/生物膜反应装置进行处理污 水的方法，其特征在于曝气设备和曝气方式为穿孔管鼓风曝气或水力剪切曝气 方式。
10、根据权利要求7所述的利用复合式微电解/生物膜反应装置进行处理 污水的方法，其特征在于沉淀方式为斜管沉淀、竖流沉淀或接触沉淀。
说明书
复合式微电解/生物膜反应装置及其处理污水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理污水的反应装置及方法。
背景技术
微电解技术的净化机理主要依靠电极反应产生的电化学还原作用和电极 产物Fe离子的絮凝作用。电化学还原作用仅适合部分复杂有机物的分解模式， 对于不能电化学还原的有机污染物质无法达到有效去除的目的;Fe离子的絮 凝作用对于污水中的悬浮性和胶体性化合物有明显的去除效果，但对溶解性化 合物没有明显的去除效果。因此现有的微电解技术在处理染料、印染、电镀、 造纸等行业污水时可以取得较高的去除效率，而在面对成分复杂的高浓度难降 解污水时，普遍存在污染物去除效率不高，反应运行不稳定的缺陷。
以硝基化工污水为例，污水COD11000～15000mg/L，污水中含有硝基苯、 对硝基乙苯、硝基甲苯、氯苯、有机溶媒等多种污染物质，采用现有微电解技 术处理时，COD去除率通常在20%～30%，处理效率较低。
同时现有微电解技术普遍存在电极钝化现象，在微电场的作用下，污水中 的污染物质通过电附集、电沉积作用附着在金属电极表面，降低了电极作用效 果，随着污水处理时间的延长，电极钝化现象越来越明显，表现为运行不稳定， 处理效率逐渐下降。
目前微电解技术通常用于难降解污水处理的预处理阶段，后面继续进行厌 氧、水解、好氧等生物处理工艺，使得工艺流程较长，增加了工程占地面积和 基建投资。目前企业在治理污水时将占地面积列为与投资、运行成本同样重要 的经济指标。
因此目前的微电解技术存在着明显的不足之处，限制了其应用范围，需要 开发适用范围更广、处理效果更高、运行更加稳定的新型微电解处理技术。
发明内容
本发明是为了解决目前微电解技术对有机污染物处理效率不高，无法脱 氮，电极钝化，工艺流程复杂，污水处理装置占地面积大，投资和运行费用高 的问题;提供了一种复合式微电解/生物膜反应装置处理污水的方法。复合式 微电解/生物膜反应装置由第一微电解/生物膜反应池、絮凝池、第一沉淀池、 第二微电解/生物膜反应池、第三微电解/生物膜反应池和第二沉淀池组成;第 一微电解/生物膜反应池与絮凝池通过潜孔水力连通，絮凝池与第一沉淀池通 过底部孔洞水力连通，第一沉淀池与第二微电解/生物膜反应池通过集水槽水 面连通，第二微电解/生物膜反应池与第三微电解/生物膜反应池通过底部孔洞 水力连通，第三微电解/生物膜反应池与第二沉淀池通过导流管连通，第二沉 淀池与出水管通过集水槽连通;第一微电解/生物膜反应池的底部安装了带有 加酸装置的进水管，第一微电解/生物膜反应池的后侧安装了带有回流泵的回 流管，第一微电解/生物膜反应池内装载了接种微生物的铁屑填料层和活性炭 填料层;絮凝池上方安装了装有带加药管的加药装置，絮凝池内在垂直方向安 装了等距离多层栅网，栅网的网格上密下疏;第一沉淀池和第二沉淀池的底部 安装了污泥排放管，第一沉淀池和第二沉淀池内垂直方向安装斜板;第二微电 解/生物膜反应池和第三微电解/生物膜反应池内装载了接种微生物的铜、铁屑 填料层和活性炭填料层，第二微电解/生物膜反应池和第三微电解/生物膜反应 池内的下部安装微孔曝气头，并且微孔曝气头与空气管连接;第二沉淀池的右 侧安装了出水管，第二沉淀池的后侧装有回流管。
本发明处理污水的方法步骤如下：一、用加酸装置向进水管中的污水中加 HCl溶液，调节污水的pH值在4～5范围内;二、经步骤一处理后的污水通 过进水管流入第一微电解/生物膜反应池，第一微电解/生物膜反应池内的氧化 还原电位小于-100mv，铁炭微电解反应和微生物水解反应将污水中复杂的大 分子有机物转化为小分子物质;三、经步骤二处理后的污水通过潜孔流入絮凝 池，用加药装置向絮凝池内投加石灰乳，调节污水pH值为6.5～7.5;四、经 步骤三处理后的污水通过孔洞流入第一沉淀池，污水与污泥的分离采用斜板沉 淀，污泥通过污泥排放管排出;五、经步骤四处理后的污水被集水槽收集后流 入第二微电解/生物膜反应池，在通过孔洞流入第三微电解/生物膜反应池，第 二微电解/生物膜反应池和第三微电解/生物膜反应池内的pH值为6.5～7.5， DO大于1.5mg/L，曝气设备和曝气方式采用微孔曝气头鼓风曝气，通过附着 在填料表面的好氧菌对有机物的降解;六、经步骤五处理后的污水通过导流管 流入第二沉淀池，污水与污泥的分离采用斜板沉淀，污泥通过污泥排放管排出， 处理后污水一部分通过带有回流泵的回流管送回第一微电解/生物膜反应池， 其余处理后的污水被集水槽收集再通过出水管排放;反应过程中水流方向采用 升流或降流形式。
在微电解反应形成的微电场中投加微生物菌体，提高微电解对有机污染物 的去除效果。微电解反应器中反应原料由铁屑、活性炭组成，其表面容易形成 生物膜，本发明采用微生物接种技术，在微电解材料表面产生生物膜，形成复 合式微电解/生物膜反应装置。在反应运行前，对微电解材料进行微生物接种， 第一天取活性污泥上清液充满池体，对铁屑、活性炭填料层进行浸泡;第二天 开始投加生活污水的上清液，投加量为池体容积的10%～20%，同时开动曝 气装置进行曝气充氧，开动回流泵进行水力循环;第三天开始连续进出水，进 水仍采用生活污水上清液，进水负荷0.5～1.0kgCOD/m3.d，连续运行1～2天; 当出水变得清澈后可以认为微生物接种程序完成，铁屑、活性炭颗粒表面已经 形成活性良好的生物膜。微生物接种完成之后在进水中开始投加待处理工业污 水，并逐渐提高工业污水的比例，对反应器中的生物膜进行驯化。在微电解反 应中引入生物反应，既可以提高对有机物污染物的去除效率，还可以同时提高 总氮、总磷的去除效率。通过微生物的作用可以降低电极表面沉积的有机污染 物，减少电极钝化现象的发生，提高运行的稳定性。本发明采用一体化设计， 将微电解反应、生化反应、絮凝反应等多种不同处理技术组合在同一反应器内， 简化了工艺流程，提高了装置的空间利用率，减少了工程占地面积。
本发明的工作原理如下：
1.微电解净化原理
由于铁和炭的电势有明显差异，在电解质溶液中相互接触的铁屑和炭构成 数目众多的微小原电池，铁作为阳极被腐蚀，炭作为阴极，Fe不断失去电子 变成Fe2+进入溶液，失去的电子传递到炭的表面，当溶液中H+浓度较高时， H+在炭的表面获得电子变成H2析出，形成析氢腐蚀;在氧(O2)环境下，O2 在炭表面获得电子生成H2O或OH-，形成吸氧腐蚀。电极反应如下：
阳极(Fe)： Fe=Fe2++2e E0=-0.44V
阴极(C)： 2H++2e=H2 E0=0.00V
当有氧时： O2+4H++4e=2H2O E0=1.23V
O2+2H2O+4e=4OH- E0=0.40V
阳极Fe失去电子而被氧化至较高价态(Fe2+)，阴极C附近的H+得到电子 产生新生态氢，在有氧(O2)环境下，微原电池有较高的电极电位差，电化学 反应速率较快。污水中的某些反应物，如H+，O2等作为电子受体，在阴极表面 发生还原作用而还原至较低的价态。阴极、阳极产生的新生态氢、亚铁离子以 及金属铁具有强还原性，极易与污水中的许多物质发生氧化还原反应，污水中 的某些有机物在电极表面、溶液中直接或间接参与了氧化还原反应，使一些难 生物降解有机物化学结构改变，生物毒性消除，提高了污水的可生化性。
2.生物膜净化原理
填料或载体颗粒长期浸泡在污水中，在适当条件下污水中的微生物会附着 在填料表面生长繁殖，逐渐在填料表面上形成一层生物膜状物质，称作生物膜。 利用填料上生物膜中存在的高浓度活性微生物来氧化降解周边污染物质的方 法简称生物膜法。传统微电解反应器的运行条件不利于微生物生长，本发明改 变反应器的pH值范围，并辅以微生物接种技术，在反应颗粒表面形成生物膜， 提高对水中的污染物质的净化效果。改变混合液溶解氧DO数值，通过生物膜 中多种微生物在缺氧、好氧不同状态下共同作用，可以实现生物脱氮作用，去 除污水中的氮污染物。
3.铁盐絮凝、吸附和络合架桥作用
①絮凝、吸附作用
微电解产物铁离子絮凝生成的氢氧化铁、氢氧化亚铁多羟基聚合物以胶体 状态存在，可以通过胶体颗粒表面的吸附作用去除有机污染物。絮凝形成的胶 体颗粒细小，比表面积大，具有很强的表面吸附作用，污水中的一些非极性有 机化合物具有憎水性，很容易与胶体颗粒表面结合，以各种形态结合在胶体颗 粒表面上的有机物，随胶体颗粒迁移、沉淀、过滤，并且进行包括降解在内的 各种界面反应，最终从水中分离出去。
②络合架桥作用
污水中很多有机大分子中含有一些未共用电子对基团，如-NH2、-NR2、 -OH、-SO3等，这些基团都是很强的配位体，在一定条件下很容易与Fe2+发生 络合反应，形成结构复杂的大分子络合物，降低了水溶性，使这些有机物具有 一定的胶体性质，可以通过吸附架桥作用得以去除。
本发明具有对有机污染物处理效率高，对污水进行了脱氮处理，无电极钝 化，工艺流程简单，污水处理装置占地面积较小，投资和运行费用低的优点。