公布日：2022.04.12
申请日：2021.12.30
分类号：C02F3/00(2006.01)I;C02F3/28(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法，属于水处理技术领域。它包括电化学厌氧反应器，电化学厌氧反应器包括反应区，反应区的进水端设有第一进水口、出水端设有出水口；所述反应区中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口设于管式电极内密封的一端。本发明能够使污水在电化学厌氧反应器中充分反应，有效去除污水中的污泥VS和提高甲烷产率。
权利要求书
1.一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，包括电化学厌氧反应器(200)，电化学厌氧反应器(200)包括反应区(210)，反应区(210)的进水端设有第一进水口(111)、出水端设有出水口；所述反应区(210)中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口(111)设于管式电极内密封的一端。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述开口处设有导流板(400)，导流板(400)包括导流面(410)，导流面(410)在管式电极轴心向外的方向上高度逐渐降低，用于将管式电极内的污水导向反应区(210)。
3.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述管式电极包括管式Fe电极(320)和柱状C电极(310)，柱状C电极(310)设于管式Fe电极(320)中并与其同轴设置；还包括电源(600)，电源(600)的正极与管式Fe电极(320)相连，电源(600)的负极与柱状C电极(310)相连。
4.根据权利要求3所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述第一进水口(111)的进水方向沿管式Fe电极的切线方向水平设置。
5.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述管式电极包括中心管、铁屑和炭；铁屑和炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和炭；铁屑和炭的质量比例为(2-4)：1；铁屑的粒径为16目-35目，炭的粒径为8目-16目。
6.根据权利要求1所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述管式电极的长度为电化学厌氧反应器(200)有效高度的30％-40％，管式电极的直径为电化学厌氧反应器(200)直径的20％-25％，管式电极插入的最低位置为电化学厌氧反应器(200)有效高度顶端1/2处。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，所述出水口包括第一出水口(211)和第二出水口(212)；所述第二出水口(212)通过回流管(220)连通至管式电极中，回流管(220)上设有回流泵(230)；回流管(220)的出水端设有第二进水口(221)，第二进水口(221)设于管式电极内密封的一端。
8.根据权利要求7所述的一种厌氧反应污水处理装置，其特征在于，还包括进水箱(100)、出水箱(700)和碱液吸收箱(500)；所述进水箱(100)通过进水管(110)连接至第一进水口(111)，进水管(110)上设有进水泵(120)；所述出水箱(700)通过出水管(250)连接至第一出水口(211)；所述碱液吸收箱(500)通过集气管(240)连通至电化学厌氧反应器(200)顶部。
9.污水处理方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述的一种厌氧反应污水处理装置，将管式电极放入电化学厌氧反应器(200)中并固定，通入污水，对管式电极施加0-1.5V的直流电压，出水。
10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述管式电极包括管式Fe电极(320)和柱状C电极(310)，柱状C电极(310)设于管式Fe电极(320)中并与其同轴设置；所述柱状C电极(310)包括石墨棒电极，其制备方法为：将石墨棒在丙酮中浸泡10h-12h，然后用蒸馏水清洗去除残余有机溶剂，经烘箱中烘干20h-30h后在400℃-500℃的马弗炉中烧30min-40min，取出备用；或所述管式电极包括中心管、铁屑和焦炭，铁屑和焦炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和焦炭；所述铁屑先用H2SO4清洗，再用HCl进行活化后与焦炭混合填充于中心管中，然后再装入电化学厌氧反应器(200)中。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中的厌氧反应器难以启动，对污水中污泥VS的去除率和甲烷产率较低的问题，本发明提供一种厌氧反应污水处理装置和污水处理方法；通过在电化学厌氧反应器中设置特定的管式电极，在污水处理过程中对其施加电压，能够有效解决上述问题。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种厌氧反应污水处理装置，其包括电化学厌氧反应器，电化学厌氧反应器包括反应区，反应区的进水端设有第一进水口、出水端设有出水口；所述反应区中设有管式电极，管式电极的一端密封，另一端设有开口并朝下设置；所述第一进水口设于管式电极内密封的一端。
优选地，所述开口处设有导流板，导流板包括导流面，导流面在管式电极轴心向外的方向上高度逐渐降低，用于将管式电极内的污水导向反应区。
优选地，所述管式电极包括管式Fe电极和柱状C电极，柱状C电极设于管式Fe电极中并与其同轴设置；还包括电源，电源的正极与管式Fe电极相连，电源的负极与柱状C电极相连。柱状C电极优选使用石墨棒电极，石墨棒电极外包裹含有石墨成分的碳毡。
将零价铁电极置于电化学厌氧反应器中，一方面，零价铁可显著降低厌氧反应器中的氧化还原电位，防止反应器酸化，促进厌氧还原氛围，有助于厌氧微生物的生长；另一方面，零价铁缓慢释放的Fe2+，可有效压缩反应器中污泥的双电层，降低电动电势。所述电源优选使用直流稳压电源，能够通过促进零价铁电极表面离子的迁移速度来强化表面反应。因此，当外加电压施加在零价铁电极时，会强化零价铁表面的反应，从而进一步增强零价铁的反应速度，有效地解决零价铁电极的钝化和板结问题；同时适当的电场刺激能够促进微生物的代谢，从而能够导致更高的生物处理能力。
优选地，所述第一进水口的进水方向沿管式Fe电极的切线方向水平设置。本发明的进水管可沿切线方向从管式电极顶部进入，旋流布水的当时能够使得进水方向沿管式电极切线方向进入，并在管式电极内沿其内壁螺旋向下旋流，使电极、污水和颗粒污泥三者充分混合活化，增加装置的处理效率。通过向管式电极中插入MLSS监测仪，控制空心铁电极内部的污泥浓度，当MLSS监测仪数值高于设定值时，自动关闭外接电源，快速启动过程结束；当MLSS监测仪数值低于设定值时，可以通过调节进水与接种污泥流量比，直流电源电流值等参数，改变反应器内的厌氧环境，促使反应器快速达到处理效果。
优选地，所述管式电极包括中心管、铁屑和炭；铁屑和炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和炭，防止铁屑和焦炭流失；铁屑和炭的质量比例为(2-4)：1；铁屑的粒径为16目-35目，炭的粒径为8目-16目。利用进水的旋流作用，不断搅动铁屑和炭的混合物和接种污泥，可以构成成千上万个微电池，纯铁为阳极，炭和碳化铁及杂质则为阴极，可以与接种污泥不断发生原电池反应、氧化还原反应、电化学富集、物理吸附及氢氧化铁的混凝作用，颗粒污泥形成过程大大加快。
优选地，所述管式电极的长度为电化学厌氧反应器有效高度的30％-40％，管式电极的直径为电化学厌氧反应器直径的20％-25％，管式电极插入的最低位置为电化学厌氧反应器有效高度1/2处。
优选地，所述出水口包括第一出水口和第二出水口；所述第二出水口通过回流管连通至管式电极中，回流管上设有回流泵；回流管的出水端设有第二进水口，第二进水口设于管式电极内密封的一端。
优选地，还包括进水箱、出水箱和碱液吸收箱；所述进水箱通过进水管连接至第一进水口，进水管上设有进水泵；所述出水箱通过出水管连接至第一出水口；所述碱液吸收箱通过集气管连通至电化学厌氧反应器顶部。
本发明的污水处理方法，基于本发明中所述的一种厌氧反应污水处理装置，将管式电极放入电化学厌氧反应器中并固定，通入污水，对管式电极施加0-1.5V的直流电压，出水。可获得较高的装置启动成功率：接种污泥经外置电化学激活装置反应后，导入厌氧反应器培养，可大大提高污泥活性，保证装置启动成功率；较少的接种污泥投加量：经激活后的接种污泥活性较高，生长速率大，与常规接种方法所需的种泥相比，初始种泥投加量减少；无需颗粒污泥接种：可以使用更易获得的电化学厌氧反应器絮状污泥，经絮凝、激活后作为接种污泥，节约运行成本。
优选地，所述管式电极包括管式Fe电极和柱状C电极，柱状C电极设于管式Fe电极中并与其同轴设置；所述柱状C电极包括石墨棒电极，其制备方法为：将石墨棒在丙酮中浸泡10h-12h，然后用蒸馏水清洗去除残余有机溶剂，经烘箱中烘干20h-30h后在400℃-500℃的马弗炉中烧30min-40min，取出备用。
优选地，所述管式电极包括中心管、铁屑和焦炭，铁屑和焦炭混合填充于中心管中，中心管的底部开口处设有筛网，筛网用于束缚铁屑和焦炭；所述铁屑先用H2SO4清洗，再用HCl进行活化后与焦炭混合填充于中心管中，然后再装入电化学厌氧反应器中。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：(1)本发明的一种厌氧反应污水处理装置，污水从第一进水口进入后能在管式电极内沿管式电极内壁螺旋向下旋流，充分与活化的颗粒污泥搅拌混合，混合液到达管式电极底部时被向上折流进入反应区进一步反应；本发明通过改变污水的进水方式及流动方式，使污水在电化学厌氧反应器中充分反应，能够有效去除污水中的污泥VS和提高甲烷产率。
(2)本发明的污水处理方法，基于本发明中所述的一种厌氧反应污水处理装置，能够获得较高的装置启动成功率、较少的接种污泥投加量，无需颗粒污泥接种。
（发明人：姜笔存;盛瑾锦;于伟华;吴江涛;曲艳南;卢正辉;谈政焱）