公布日：2023.04.04
申请日：2022.11.15
分类号：C02F3/34(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F103/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明涉及污水深度处理领域，具体涉及一种电强化生物反应器和处理废水中COD和TN的方法。电强化生物反应装置包括电强化生物反应器、流体输送部件和电源部件；电强化生物反应器包括池体、电极、生物填料、曝气装置、管道、支撑装置，其中池体由上至下，依次设置好氧区、曝气区和水解酸化区，曝气装置设置在曝气区，电极分别设置在好氧区和水解酸化区的池体内壁上，生物填料设置在电极内侧，与电极紧密相接。采用电强化生物反应器处理废水中COD和TN的方法，废水从电强化生物反应器底部进入，依次经过水解酸化区、曝气区、好氧区，在水解酸化区完成反硝化脱氮和大分子有机物的分解，在好氧区完成硝化反应和有机物降解，进而实现废水中COD和TN的深度去除。
权利要求书
1.一种电强化生物反应装置，其特征在于，电强化生物反应装置包括电强化生物反应器、流体输送部件和电源部件；所述电强化生物反应器包括池体(1)、电极(2)、生物填料(3)、曝气装置(7)、管道(8)、支撑装置(9)，其中池体(1)由上至下，依次设置好氧区、曝气区和水解酸化区，所述曝气装置(7)设置在曝气区，所述电极(2)分别设置在好氧区和水解酸化区的池体(1)内壁上，所述生物填料(3)设置在电极(2)内侧，与电极(2)紧密相接；所述支撑装置(9)分别位于水解酸化区生物填料和好氧区生物填料的底部，用于支撑生物填料。
2.根据权利要求1所述的电强化生物反应装置，其特征在于，所述流体输送部件包括出水管(10)、进水管(11)、回流液出水管(12)，其中进水管(11)设置在池体(1)底部；出水管(10)设置在池体(1)顶部；回流液出水管(12)设置在池体(1)顶部，与进水管(11)连接。
3.根据权利要求1所述的电强化生物反应装置，其特征在于，所述电源部件包括连接电源(6)负极的电极导线(4)、连接电源(6)正极的电极导线(5)、电源(6)，其中电极导线(4)与水解酸化区电极(2)连接，另一端延伸至池体(1)外与电源(6)连接，电极导线(5)与好氧区电极(2)连接，另一端延伸至池体(1)外与电源(6)连接。
4.根据权利要求1所述的电强化生物反应装置，其特征在于，好氧区与水解酸化区的高度比为1-3:1。
5.根据权利要求1所述的电强化生物反应装置，其特征在于，所述电极(2)为圆环形网状结构，生物填料(3)为圆环形结构。
6.根据权利要求1所述的电强化生物反应装置，其特征在于，所述曝气装置(7)通过管道(8)连接曝气头，管道(8)与空气泵连接。
7.根据权利要求1所述的电强化生物反应装置，其特征在于，回流液出水管(12)上设置用于回流的回流泵(13)。
8.一种采用权利要求1所述的电强化生物反应装置处理废水中COD和TN的方法，其特征在于，工业园区污水厂生化废水从电强化生物反应器底部进入，依次经过水解酸化区、曝气区、好氧区，在水解酸化区完成反硝化脱氮和大分子有机物的分解，在好氧区完成硝化反应和有机物降解，进而实现废水中COD和TN的深度去除。
9.根据权利要求8所述的电强化生物反应装置处理废水中COD和TN的方法，其特征在于，所述废水COD为50-250mg/L，TN为10-100mg/L。
10.根据权利要求8所述的电强化生物反应装置处理废水中COD和TN的方法，其特征在于，工艺条件为：好氧区废水停留时间4-10h，水解酸化区废水停留时间2-5h，气液比体积比2-8:1，外加电压0.5-6V。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术脱氮、COD去除率低的难题，提供一种电强化生物反应装置和深度处理废水中COD和TN的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种电强化生物反应装置，包括电强化生物反应器、流体输送部件和电源部件；所述电强化生物反应器包括池体、电极、生物填料、曝气装置、管道、支撑装置，其中池体由上至下，依次设置好氧区、曝气区和水解酸化区，所述曝气装置设置在曝气区，所述电极分别设置在好氧区与水解酸化区的池体内壁上，所述生物填料设置在电极内侧，与电极紧密相接；所述支撑装置分别位于水解酸化区生物填料和好氧区生物填料的底部，为圆环形板，用于支撑填料。
所述流体输送部件包括出水管、进水管、回流液出水管，其中进水管设置在池体底部；出水管设置在池体顶部；回流液出水管设置在池体顶部，与进水管连接。
所述电源部件包括连接电源负极的电极导线、连接电源正极的电极导线、电源，其中连接电源负极的电极导线与水解酸化区电极连接，另一端延伸至池体外与电源连接，连接电源正极的电极导线与好氧区电极连接，另一端延伸至池体外与电源连接。
所述好氧区与水解酸化区的高度比为1-3:1。
所述电极为圆环形网状结构，圆环直径为8-10cm。
生物填料为圆环形结构，生物填料厚度为2-5cm。
所述电极为导电材料，选自不锈钢316或钛材，导电材料的直径为0.5-2mm；
所述生物填料为碳纤导电PPS，导电聚氨酯中的一种或两种填充而成，优选地，生物填料为导电聚氨酯。
所述连接电源负极的电极导线、连接电源正极的电极导线材料均为不锈钢316或钛材，直径为1-3mm。
所述电源为本领域通常使用的各种电源，优选为直流电源。
所述曝气装置通过管道连接曝气头，管道与空气泵连接。
回流液出水管上设置用于回流的回流泵，回流比1-4:1。
所述生物填料上附着功能微生物为好氧区驯化适合高电位的氧化型微生物，如Candidatus(聚糖菌属)，pseudomonas(假单胞菌属)、bacillus(芽孢杆菌属)；水解酸化区驯化适合低电位的脱氮微生物，如Thauera(陶厄氏菌属)、pseudomonas(假单胞菌属)、comamonas(丛毛单胞菌属)。
一种采用所述电强化生物反应装置处理废水中COD和TN的方法，工业园区污水厂生化废水从电强化生物反应器底部进入，依次经过水解酸化区、曝气区、好氧区，在水解酸化区完成反硝化脱氮和大分子有机物的分解，在好氧区完成硝化反应和有机物降解，进而实现废水中COD和TN的深度去除。
所述废水COD为50-250mg/L，TN为10-100mg/L；
优选地，所述废水COD为180-230mg/L，TN为10-70mg/L；
所述工艺条件为：好氧区废水停留时间4-10h，水解酸化区废水停留时间2-5h，气液体积比为2-8:1(L/L)，外加电压0.5-6V。
优选地，工艺条件为：好氧区废水停留时间5-10h，水解酸化区废水停留时间2-5h，气液体积比4-7:1(L/L)，外加电压2-6V。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明装置好氧区和水解酸化区两个区域为废水处理的不同功能区，将电极引入功能区，电源正极接入好氧区，负极接入水解酸化区，分别强化阴极、阳极的电位，使与两极相接触的生物填料在正、负电位下富集适合各区的功能微生物(好氧区驯化适合高电位的氧化型微生物，如Candidatus(聚糖菌属)，pseudomonas(假单胞菌属)、bacillus(芽孢杆菌属)；水解酸化区驯化适合低电位的脱氮微生物，如Thauera(陶厄氏菌属)、pseudomonas(假单胞菌属)、comamonas(丛毛单胞菌属))，整体系统强化氧化还原反应，可以达到更好降解COD、脱氮的效果。
2、本发明克服了现有技术脱氮、COD去除率低的难题，提供一种电强化生物反应装置和废水处理方法，通过使用本发明的电强化生物反应装置，将电极与生物填料结合，使各功能区的填料带有正、负电荷，富集功能微生物的同时，在电极和生物填料的表面也能够发生氧化还原作用，使出水总氮降至1-10mg/L以下，COD降至15-50mg/L以下，可以有效解决传统生化法处理工业废水不达标的难题。
3、本发明废水从电强化生物反应器底部进入水解酸化区，在较低的氧化还原电位下，阴极微生物能快速进行反硝化脱氮，硝态氮被还原生成氮气，同时反硝化作用会消耗有机物，使废水COD降低，另外，部分有机物在较低的氧化电位下发生水解反应，使废水的可生化性提高；废水向上流经曝气区进入好氧区，附着在生物填料上的功能微生物(好氧区驯化适合高电位的氧化型微生物，水解酸化区驯化适合低电位的脱氮微生物)截留吸附有机物，阳极微生物氧化分解有机物同时完成硝化反应，处理后的水一部分回流进行反硝化，一部分作为出水由排出管排出。
4、本发明的电强化生物反应装置用于废水生化出水的处理，特别适合工业园区污水厂生化废水的深度处理，例如可以处理医药类生化出水/或印染类生化出水。
（发明人：孙宇明;马文静;姜雪松;胡金玲）