申請(qǐng)日2014.01.28

　　公開(kāi)(公告)日2014.06.25

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F9/14

　　摘要

　　本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置，其特征是：嵌套式電極裝置通過(guò)固定錨固定設(shè)置在曝氣池中，嵌套式電極裝置是由陽(yáng)極、陰極、絕緣透水層和控制中樞構(gòu)成;陽(yáng)極和陰極通過(guò)絕緣透水層隔離設(shè)置，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相連接，在陽(yáng)極和陰極所在的導(dǎo)線(xiàn)上設(shè)置若干絕緣焊接點(diǎn);在陽(yáng)極和陰極之間串聯(lián)設(shè)置控制中樞。本實(shí)用新型能有效降低曝氣能耗，提高污染處理效率、同時(shí)便于安裝和構(gòu)建、并降低構(gòu)建成本。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置，其特征是：所述嵌套式電極裝置 通過(guò)固定錨(13)固定設(shè)置在曝氣池(1)中，所述嵌套式電極裝置是由陽(yáng)極(7)、陰極(8)、絕緣透 水層(9)和控制中樞(10)構(gòu)成;所述陽(yáng)極(7)和陰極(8)通過(guò)所述絕緣透水層(9)隔離設(shè)置，并通過(guò) 導(dǎo)線(xiàn)(12)相連接，在所述陽(yáng)極(7)和陰極(8)所在的導(dǎo)線(xiàn)上設(shè)置若干絕緣焊接點(diǎn)(11);在所述陽(yáng) 極(7)和陰極(8)之間串聯(lián)設(shè)置所述控制中樞(10)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置，其特征是：所 述嵌套式電極裝置可設(shè)置為立式或臥式組合式結(jié)構(gòu)，所述立式或臥式組合式結(jié)構(gòu)為：所述嵌 套式電極裝置的外壁為陽(yáng)極(7)，內(nèi)部為陰極(8)，在所述陽(yáng)極(7)和陰極(8)之間設(shè)置絕緣透水 層(9)，在所述陰極(8)中設(shè)置微孔曝氣系統(tǒng)，所述微孔曝氣系統(tǒng)是由放置在所述陰極(8)中的微 孔曝氣管(14)通過(guò)空氣導(dǎo)管(15)與空氣收集器(16)相連接。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置，其特征是：所述 嵌套式電極裝置可設(shè)置為立式或臥式疊合式結(jié)構(gòu)，所述立式或臥式疊合式結(jié)構(gòu)為：所述嵌套 式電極裝置的下層為陽(yáng)極(7)，上層為陰極(8)，在所述陽(yáng)極(7)和陰極(8)之間設(shè)置絕緣透吸水 層(9)，在所述陽(yáng)極(7)和絕緣透水層(9)中嵌入設(shè)置有包圍所述陰極(8)外側(cè)壁的吸水層(17)，在 所述陰極(8)的上方設(shè)置噴淋裝置，所述噴淋裝置是由放置在所述曝氣池(1)中的微型水泵(20) 通過(guò)水管(19)連接至設(shè)置在所述陰極(8)上方的灑水噴頭(18)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置，其特征是：所述 嵌套式電極裝置可設(shè)置為獨(dú)立式結(jié)構(gòu);所述獨(dú)立式結(jié)構(gòu)為：所述陰極(8)單獨(dú)設(shè)置在陰極池(22) 中，并通過(guò)鹽橋(21)連接于所述陽(yáng)極(7)所在的曝氣池(1)中。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置，其特征是：所述 固定錨(13)分為底座式固定錨和懸掛式固定錨，所述底座式固定錨的結(jié)構(gòu)為：底座式固定錨 由固定錨子扣(28)、固定錨底座(29)和固定螺絲(30)組成;所述固定錨底座(29)固定設(shè)置在曝 氣池(1)中，所述固定錨子扣(28)嵌套在所述固定錨底座(29)并通過(guò)所述固定螺絲(30)固定;

　　所述懸掛式固定錨的結(jié)構(gòu)為：懸掛式固定錨由固定錨子扣(28)、懸掛索(31)、懸掛桿(32) 和橫向固定螺絲(33)組成;所述固定錨子扣(28)通過(guò)所述懸掛索(31)懸掛于所述固定桿(32)上， 并通過(guò)橫向固定螺絲(33)將所述懸掛索(31)固定在所述固定桿(32)上。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本實(shí)用新型涉及污水處理裝置，更具體地說(shuō)是一種電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理裝置。

　　背景技術(shù)

　　曝氣池和氧化溝是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的污水廠(chǎng)污水生物處理技術(shù)，通過(guò)曝氣設(shè)備持續(xù)提供 氧氣，好氧和兼氧微生物將復(fù)雜有機(jī)化合物降解為簡(jiǎn)單化合物，并最終降解為CO2，從而削 減污水的COD和BOD濃度。在此生物降解過(guò)程中，微生物新陳代謝產(chǎn)生的電子還原水中的溶 解氧(電子受體)生成水。但是，水中的溶解氧基本上來(lái)自于曝氣設(shè)備充入水中的空氣，這些 設(shè)備的運(yùn)行需大量能耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)不同污水水質(zhì)，曝氣設(shè)備能耗占污水處理廠(chǎng)總能耗的 30%～60%。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)革新，鼓風(fēng)機(jī)等曝氣設(shè)備的技術(shù)性能有了很大提高(如采用微孔曝 氣技術(shù))并顯著提高了氧氣的轉(zhuǎn)移效率，降低了曝氣能耗。但是，由于生物污垢堵塞等負(fù)面因 素的影響，污水廠(chǎng)曝氣所消耗的實(shí)際能耗仍然很高。

　　生物電化學(xué)技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)BEC)是一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的強(qiáng)化污水中有機(jī)污染物降解的污 水處理方法。主要由陽(yáng)極、陰極和一導(dǎo)線(xiàn)連接的電路構(gòu)成，各種類(lèi)型的生物電化學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì) 和研究報(bào)告顯示了其可以提高碳?xì)浠�合物、酚等其他有機(jī)污染物的生物降解效率。生物電化 學(xué)技術(shù)也被大量應(yīng)用于地下水和地表水中有機(jī)物的去除，并同時(shí)產(chǎn)電。

　　現(xiàn)有技術(shù)中，在陽(yáng)極室厭氧區(qū)域，微生物降解有機(jī)污染物產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移電子至陽(yáng)極，這些 電子被導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)疥帢O，與陰極區(qū)域的電子受體結(jié)合而消耗。氧氣為陰極最好的終端電子受 體。這些類(lèi)型的生物電化學(xué)系統(tǒng)中陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)由質(zhì)子交換膜或鹽橋分離，這些質(zhì)子交換 膜或鹽橋僅允許質(zhì)子在陽(yáng)極和陰極之間轉(zhuǎn)移。同時(shí)，這些類(lèi)型的生物電化學(xué)系統(tǒng)中還需盡量 減少氧氣與陽(yáng)極的接觸。然而，由于使用質(zhì)子交換膜或鹽橋，不僅增加了生物電化學(xué)系統(tǒng)的 構(gòu)建難度和成本，而且限制了生物電化學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建規(guī)模，難以應(yīng)用于工程實(shí)踐。

　　實(shí)用新型內(nèi)容

　　本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有生物電化學(xué)技術(shù)的不足之處，提供了一種電化學(xué)-生物強(qiáng)化 污水處理的嵌套式電極裝置，能有效降低曝氣能耗，提高污染處理效率、同時(shí)便于安裝和構(gòu) 建、并降低構(gòu)建成本。

　　本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

　　本實(shí)用新型一種電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：所述嵌套式 電極裝置通過(guò)固定錨固定設(shè)置在曝氣池中，所述嵌套式電極裝置是由陽(yáng)極、陰極、絕緣透水 層和控制中樞構(gòu)成;所述陽(yáng)極和陰極通過(guò)所述絕緣透水層隔離設(shè)置，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相連接，在 所述陽(yáng)極和陰極所在的導(dǎo)線(xiàn)上設(shè)置若干絕緣焊接點(diǎn);在所述陽(yáng)極和陰極之間串聯(lián)設(shè)置所述控 制中樞。

　　本實(shí)用新型電化學(xué)-生物強(qiáng)化污水處理的嵌套式電極裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

　　所述嵌套式電極裝置可設(shè)置為立式或臥式組合式結(jié)構(gòu)，所述立式或臥式組合式結(jié)構(gòu)為： 所述嵌套式電極裝置的外壁為陽(yáng)極，內(nèi)部為陰極，在所述陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置絕緣透水層， 在所述陰極中設(shè)置微孔曝氣系統(tǒng)，所述微孔曝氣系統(tǒng)是由放置在所述陰極中的微孔曝氣管通 過(guò)空氣導(dǎo)管與空氣收集器相連接。

　　所述嵌套式電極裝置可設(shè)置為立式或臥式疊合式結(jié)構(gòu)，所述立式或臥式疊合式結(jié)構(gòu)為： 所述嵌套式電極裝置的下層為陽(yáng)極，上層為陰極，在所述陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置絕緣透吸水層， 在所述陽(yáng)極和絕緣透水層中嵌入設(shè)置有包圍所述陰極外側(cè)壁的吸水層，在所述陰極的上方設(shè) 置噴淋裝置，所述噴淋裝置是由放置在所述曝氣池中的微型水泵通過(guò)水管連接至設(shè)置在所述 陰極上方的灑水噴頭。

　　所述嵌套式電極裝置可設(shè)置為獨(dú)立式結(jié)構(gòu);所述獨(dú)立式結(jié)構(gòu)為：所述陰極單獨(dú)設(shè)置在陰 極池中，并通過(guò)鹽橋連接于所述陽(yáng)極所在的曝氣池中。

　　所述固定錨分為底座式固定錨和懸掛式固定錨，所述底座式固定錨的結(jié)構(gòu)為：底座式固 定錨由固定錨子扣、固定錨底座和固定螺絲組成;所述固定錨底座固定設(shè)置在曝氣池中，所 述固定錨子扣嵌套在所述固定錨底座并通過(guò)所述固定螺絲固定;

　　所述懸掛式固定錨的結(jié)構(gòu)為：懸掛式固定錨由固定錨子扣、懸掛索、懸掛桿和橫向固定 螺絲組成;所述固定錨子扣通過(guò)所述懸掛索懸掛于所述固定桿上，并通過(guò)橫向固定螺絲將所 述懸掛索固定在所述固定桿上。

　　生物電化學(xué)技術(shù)中的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制可以通過(guò)兩種途徑提高污水中有機(jī)物的降解率。首先， 高導(dǎo)電電極的存在和陰極周?chē)�的空氣可以維持一個(gè)快速的電子轉(zhuǎn)移，加快污水中有機(jī)物降解 過(guò)程產(chǎn)生的電子提取，陰極與空氣的直接接觸消除或減弱了污水處理過(guò)程曝氣的必要性。其 次，有機(jī)物降解過(guò)程產(chǎn)生的電子只有少部分被微生物自身利用，其余大部分可通過(guò)電極傳輸 產(chǎn)生電能，因此，在微生物降解有機(jī)污染物的過(guò)程中相當(dāng)于增加一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)力的電子接收器， 陽(yáng)極捕捉電子并把電子通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)輸送到陰極，在陰極電子和氧氣結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，從而進(jìn)一步 刺激微生物，實(shí)現(xiàn)更高的有機(jī)物生物降解速率。因此，生物電化學(xué)技術(shù)可以顯著提高有機(jī)污 染物的降解速率，從而提高污水處理效率。

　　與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在：

　　1、本實(shí)用新型集電化學(xué)和生物處理技術(shù)于一體，可直接利用空氣中的分子氧，完全替代 或減少污水生物處理過(guò)程的曝氣，采用平行、垂直或者斜交于水流方向的嵌套式電極裝置， 克服了曝氣池運(yùn)行過(guò)程水位變化的影響，以及陰極難以漂浮在水-氣界面且保持濕潤(rùn)的難題， 使得陰極能直接和充分利用空氣中的氧氣為電子受體，省去或減少曝氣，有效降低水處理能 耗;處理效果好、能耗低、電極壽命長(zhǎng)、成本低。

　　2、本實(shí)用新型所采用的組合式嵌套電極，在陰極中加入微孔曝氣管，可直接利用自然風(fēng) 來(lái)增加陰極表面氧氣的含量，并解決了如何使陰極漂浮在水-氣界面且保持濕潤(rùn)的難題，極大 提高陰極反應(yīng)速率。

　　3、本實(shí)用新型所采用的疊合式嵌套電極，可將陰極直接置于曝氣池水面上方，并通過(guò)吸 水層和噴淋裝置為陰極提供水分，以保證其表面濕潤(rùn)，克服了如何使陰極漂浮在水-氣界面且 保持濕潤(rùn)的難題，極大提高陰極反應(yīng)速率。

　　4、本實(shí)用新型所采用的疊合式嵌套電極，可將陰極獨(dú)立于陽(yáng)極安裝于一個(gè)含有任何溶解 的溶質(zhì)的水中。一個(gè)由傳到質(zhì)子和例子作用的管狀、片狀或其他形狀的非絕緣吸水或保水材 料的連接體(鹽橋)兩端分別放置于陰極和陽(yáng)極所在的水中。陰極容器中的水保證其表面濕 潤(rùn)，解決了如何使陰極漂浮在水-氣界面且保持濕潤(rùn)的難題，陰陽(yáng)極之間的連接保證了質(zhì)子的 流通途徑，可極大提高裝置反應(yīng)速率。

　　5、本實(shí)用新型采用片狀、粒狀、絲狀、螺旋狀、以及混合形狀的材料作為陰極，具有良 好透水性，并顯著增大了陰極比表面積，提高電流效率，降低能耗和污水處理成本。

　　6、本實(shí)用新型采用透水性好的片片狀、粒狀、絲狀、螺旋狀、以及混合形狀的材料作為 陽(yáng)極，使陽(yáng)極與污水接觸充分，能快速及時(shí)收集和傳輸有機(jī)物降解過(guò)程產(chǎn)生的電子，并為微 生物提供棲息場(chǎng)所，提高曝氣池微生物濃度，增大容積負(fù)荷率，提高污水處理速率和效率。

　　7、本實(shí)用新型采用嵌套電極，陰極和陽(yáng)極之間省去了質(zhì)子交換膜，不僅大大節(jié)約了構(gòu)建 成本，而且完全擺脫了構(gòu)建規(guī)模的限制，解決了生物電化學(xué)污水處理技術(shù)難于規(guī)�；瘜�(shí)際應(yīng) 用的難題。