申請日2013.12.06

　　公開(公告)日2014.09.10

　　IPC分類號C02F3/28

　　摘要

　　本實用新型公開了一種高濃度污水厭氧處理裝置，包括納米鐵層、改性填料層、碳纖維泥床、隔柵、折流板、封頭、分離柵、集氣罩、排氣閥、出氣口、導氣罩、氣室、釋氣閥、控流閥、導氣管、活性污泥區(qū)、儲泥區(qū)、殼體、填料電極、排泥閥和鐵層電極;所述殼體為筒形，底層配置有鐵層電極的納米鐵層、內(nèi)部圓周配置有填料電極的多層改性填料層;所述的鐵層電極、填料電極和碳纖維泥床通過導線與穩(wěn)壓電源連接;所述殼體頂部設有集氣罩、分離柵、排氣閥、導氣罩;所述氣室設有導氣罩、釋氣閥、進氣孔;氣室的下方為配置有多組導氣管與控流閥污泥回流區(qū)。實現(xiàn)了立體電磁場分布結構，激活效應與電磁效應耦合，提高了厭氧反應裝置的處理能力與效率。

　　權利要求書

　　1.一種高濃度污水電極厭氧處理裝置，其特征在于，包括進水口、單向泥閥、布水器、納米鐵層、循環(huán)入口、改性填料層、碳纖維泥床、隔柵、折流板、循環(huán)出口、封頭、分離柵、集氣罩、排氣閥、出氣口、導氣罩、氣室、釋氣閥、出水口、控流閥、導氣管、活性污泥區(qū)、儲泥區(qū)、殼體、填料電極、排泥閥和鐵層電極;所述的殼體內(nèi)部底層設置有納米鐵層，所述的納米鐵層內(nèi)設置有多組鐵層電極;沿所述的殼體內(nèi)部圓周設置有多層改性填料層，所述的改性填料層內(nèi)設置有多組填料電極;所述的殼體的頂部設置有封頭，在所述的封頭內(nèi)設置有集氣罩、分離柵、排氣閥、導氣罩。所述的活性污泥區(qū)、儲泥區(qū)、折流板、改性填料層、碳纖維泥床和隔柵構成了厭氧反應層;所述的氣室上部設置有導氣罩，所述的導氣罩出口處設置有排氣閥，所述的氣室底部中心設置的釋氣閥，所述的氣室底部周邊設置有多個與各厭氧反應層導氣管相通的進氣孔;所述的各個厭氧反應層的儲泥區(qū)與污泥回流區(qū)之間，設置有多組導氣管，所述的導氣管帶有旁路，所述的旁路上安裝的控流閥;所述的污泥回流區(qū)底部設置有單向泥閥。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度污水厭氧處理裝置，其特征在于，所述鐵層電極的長度小于納米鐵層的厚度，所述的填料電極長度小于改性填料層徑向厚度。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度污水厭氧處理裝置，其特征在于，所述的鐵層電極為豎向配置，在所述的納米鐵層內(nèi)部，沿底面同心圓方式裝配，至少設置二組同心圓，每組同心圓至少設置四根電極。

　　4.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度污水厭氧處理裝置，其特征在于，所述的填料電極設置于各個改性填料層內(nèi)，每層改性填料層內(nèi)至少設置二組電極，每組電極至少設置四根電極，所述的電極沿圓周方向，水平配置，位置與所述的殼體徑向重合。

　　5.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度污水厭氧處理裝置，其特征在于，所述的鐵層電極與所述的填料電極通過導線連接于穩(wěn)壓電源的一個電極上，所述的碳纖維泥床通過導線連接于穩(wěn)壓電源另的個電極上，所述的導線為銅絲線或鈦絲線。

　　6.根據(jù)權利要求1所述的一種高濃度污水厭氧處理裝置，其特征在于，所述殼體外徑為3000mm—12000mm;總高度為4500mm—18000mm;各個厭氧反應層高為500mm—1200mm;改性填料層內(nèi)徑為2000mm—3000mm;氣室外徑為500mm—1000mm。

　　說明書

　　一種高濃度污水電極厭氧處理裝置

　　技術領域

　　本實用新型涉及一種污水處理技術領域，具體涉及污水氨氮厭氧處理技術設備，特別涉及一種高濃度污水電極厭氧處理裝置。

　　背景技術

　　隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量的高濃度污水，其中的高濃度氨氮往往成為處理難點，對環(huán)境污染造成了嚴重影響，也制約了相關行業(yè)的發(fā)展。如處理不當，這些廢水的排放往往導致水體的物理、化學及生物性質(zhì)發(fā)生變化，造成水中溶解氧下降，水生生物大量死亡，并產(chǎn)生腐臭氣味，不僅給環(huán)境造成極大危害，也給經(jīng)濟和社會造成巨大損失。

　　目前處理高氨氮的方法主要有物化法和生物法。物化法能耗較高，并且存在二次污染問題;由于好氧硝化的供氧以及反硝化的有機碳需求，加之產(chǎn)生的剩余污泥，傳統(tǒng)生物脫氮運行成本往往較高。厭氧氨氧化技術的優(yōu)點是：在缺氧條件下將氨氮氧化成氮氣，不需要投加外部碳源;不需曝氣，節(jié)省60%發(fā)上能耗，運行成本大大降低;污泥產(chǎn)量低，可減少剩余污泥處理負荷。缺點是：厭氧反應器中，厭氧細菌生長速率較低，微生物的反應速度慢，對于高濃度污水和高BOD污水的處理周期比較長，因此，如何提高厭氧細菌的反應活性和反應效率，特別是在現(xiàn)有技術基礎之上，使用電磁、激光、輻照等技術手段，激發(fā)微生物與有機污染物的反應活化能，從而提高厭氧反應裝置處理水中污染物的能力與效率。

　　現(xiàn)有技術中，專利專利CN102336472A，一種電增強厭氧氨氧化生物脫氮方法，公開了使用單純應用石墨和鐵電極來增強厭氧反應實驗性技術方案;：電化學作用與生物處理過程的耦合強化了厭氧氨氧化菌的脫氮效率，同時增強了硝酸鹽氮的去除，具有更高的總氮去除效率。專利CN101928066A，一種電增強內(nèi)置厭氧零價鐵反應器，公開了使用石墨電極設置于零價鐵層內(nèi)，通過外加微電壓調(diào)控鐵的溶出，增強反應器對酸化的緩沖能力;存在的問題是：僅限于單純電極的應用，或者僅限于利用電極調(diào)控鐵的溶出，沒有充分發(fā)揮電極對整體厭氧反應裝置的作用。

　　實用新型內(nèi)容

　　為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種高濃度污水電極厭氧處理裝置，將電極應用于納米鐵層，由于納米鐵的高表面活性，在電場作用下，會更大的發(fā)揮鐵的還原作用;將電極應用于納米二氧化鈦改性的填料層，從而更大范圍的影響微生物的生長環(huán)境，更有效的增加微生物細菌降解污染物的能力;將碳纖維泥床作為電極組的陰極，從而在整體厭氧反應裝置中，形成了環(huán)形、立體的電磁環(huán)境;在厭氧反應裝置的三個最重要的環(huán)節(jié)：納米鐵層、納米改性填料層和碳纖維泥床上，建立起多組態(tài)電極網(wǎng)絡，全方位的對微生物生長與降解過程進行耦合與激發(fā)作用。

　　為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種高濃度污水電極厭氧處理裝置，包括進水口、單向泥閥、布水器、納米鐵層、循環(huán)入口、改性填料層、碳纖維泥床、隔柵、折流板、循環(huán)出口、封頭、分離柵、集氣罩、排氣閥、出氣口、導氣罩、氣室、釋氣閥、出水口、控流閥、導氣管、活性污泥區(qū)、儲泥區(qū)、殼體、填料電極、排泥閥和鐵層電極，其特征在于：

　　所述的殼體內(nèi)部底層設置有納米鐵層，所述的納米鐵層內(nèi)設置有多組鐵層電極;沿所述的殼體內(nèi)部圓周設置有多層改性填料層，所述的改性填料層內(nèi)設置有多組填料電極;所述的殼體的頂部設置有封頭，在所述的封頭內(nèi)設置有集氣罩、分離柵、排氣閥、導氣罩。所述的活性污泥區(qū)、儲泥區(qū)、折流板、改性填料層、碳纖維泥床和隔柵構成了厭氧反應層;所述的氣室上部設置有導氣罩，所述的導氣罩出口處設置有排氣閥，所述的氣室底部中心設置的釋氣閥，所述的氣室底部周邊設置有多個與各厭氧反應層導氣管相通的進氣孔;所述的各個厭氧反應層的儲泥區(qū)與污泥回流區(qū)之間，設置有多組導氣管，所述的導氣管帶有旁路，所述的旁路上安裝的控流閥;所述的污泥回流區(qū)底部設置有單向泥閥。所述的鐵層電極與填料電極為銅電極、石墨電極和鐵電極中的一種或其中的二種;所述的鐵層電極為豎向配置，在所述的納米鐵層內(nèi)部，沿底面同心圓方式裝配，至少設置二組同心圓，每組同心圓至少設置四根電極;所述的填料電極設置于各個改性填料層內(nèi)，每層改性填料層內(nèi)至少設置二組電極，每組電極至少設置四根電 極，所述的電極沿圓周方向，水平配置，位置與所述的殼體徑向重合;所述鐵層電極的長度小于納米鐵層的厚度，所述的填料電極長度小于改性填料層徑向厚度。

　　所述的鐵層電極與所述的填料電極通過導線連接于穩(wěn)壓電源的一個電極上，所述的碳纖維泥床通過導線連接于穩(wěn)壓電源另的個電極上，所述的導線為銅絲線或鈦絲線;所述鐵層電極的長度小于納米鐵層的厚度，所述的填料電極長度小于改性填料層徑向厚度;所述的鐵層電極為豎向配置，在所述的納米鐵層內(nèi)部，沿底面同心圓方式裝配，至少設置二組同心圓，每組同心圓至少設置四根電極;所述的鐵層電極與所述的填料電極通過導線連接于穩(wěn)壓電源的一個電極上，所述的碳纖維泥床通過導線連接于穩(wěn)壓電源另的個電極上，所述的導線為銅絲線或鈦絲線。

　　所述的納米鐵層為納米零價鐵，粒徑為10---100納米，比表面積為9.5m2/g;而普通鐵粉粒徑為150μm，比表面積為2.53×10-3m2/g;兩者比表面積相差近104倍數(shù)量級，提高微生物的生長與活化的作用。

　　所述的改性填料層為填充有經(jīng)過納米二氧化鈦改性活化的網(wǎng)狀蜂窩填料、網(wǎng)狀球形填料、粒狀懸浮填料或多孔球形填料;所述的填料電極設置于各個改性填料層內(nèi)，每層改性填料層內(nèi)至少設置二組電極，每組電極至少設置四根電極，所述的電極沿圓周方向，水平配置，位置與所述的殼體徑向重合;改性填料經(jīng)過納米二氧化鈦的改性處理，在填料的孔隙內(nèi)外表面上，均勻沉降有納米二氧化鈦粒子，在納米微觀環(huán)境中，將對厭氧菌的生化反應起到活化中心的作用，降低厭氧菌的分解電位能，加速降解反應的進行，從而提高厭氧反應器的速度，減少污水或廢水的處理周期。

　　所述的碳纖維泥床為是碳纖維密集網(wǎng)層狀結構，即有利于活性污泥的透過，又有利于活性污泥中厭氧菌的著床繁殖、生長、反應。

　　所述的圓筒形殼體，內(nèi)部底層設置有納米鐵層;沿所述的殼體內(nèi)部圓周設置有多層改性填料層，所述的改性填料層內(nèi)側圓周設置有多層由折流板與碳纖維泥床疊加結構，是活性污泥區(qū)和儲泥區(qū)的主體部分;所述的殼體的頂部設置有封頭，在所述的封頭內(nèi)設置有集氣罩、分離柵、排氣閥、導氣罩。

　　在所述的圓形殼體的中心部分，集中設置了圓形殼體各厭氧反應層的 氣控與流控結構;所述的高濃度污水進入活性污泥區(qū)，在折流板的導流下，進入儲泥區(qū)，廢水中的污染物在活性污泥區(qū)和儲泥區(qū)被有效降解，經(jīng)過碳纖維泥床、隔柵后進入改性填料層，與改性填料層中的微生物細菌反應;污水經(jīng)過第一層處理后，進入到上一層級的活性污泥區(qū)，以此循環(huán)下去，直到厭氧處理裝置的頂層，變成凈水經(jīng)出水口流出;所述的厭氧反應層至少設置有二層以上。

　　所述的氣體流程是：各個厭氧反應層所產(chǎn)生的氣體，停留在儲泥區(qū)頂部，各儲泥區(qū)頂部設置有導氣管，各組導氣管與氣室底部連通;所述的氣室底部設置有釋氣閥，用于配合排氣閥同步或提前開起，以便推送活性污泥經(jīng)過單向泥閥排出回流的活性污泥。所述的各層儲泥區(qū)的導氣管均設置有旁路出口，所述的旁路出口上均設置有自動閥門，稱為控流閥，用于調(diào)節(jié)控制儲泥區(qū)中的活性污泥。

　　隨著厭氧反應裝置的運行，微生物細菌與有機污染物反應，會產(chǎn)生大量的氣體，所述的氣體經(jīng)過各層導氣管進入到氣室中，所述的氣室中的氣體會逐漸增多，壓力也會逐漸增高;當氣室中的氣體壓力達到并超過排氣閥預設的壓力限度值時，自動控制系統(tǒng)會首先打開釋氣閥門，釋放出壓力，所釋放出來的氣體，會推動回流區(qū)內(nèi)的活性污泥打開單向泥閥，與進水口的污水匯合，并被分散到布水器中，進而進入到體系的循環(huán)中去;

　　隨著釋氣閥放出氣室中的氣體，氣室中的壓力降低，并達到一定壓力值時，釋氣閥關閉;各厭氧反應層進一步產(chǎn)生氣體，并匯合進入氣室，當壓力第二次升高并達到一定壓力時，釋氣閥第二次開起，但這時，污泥回流區(qū)內(nèi)基本上已經(jīng)沒有需要回流的污泥了，所以氣室的壓力會進一步上升，并達到某一設定值，控制系統(tǒng)會開起排氣閥，同時打開各個反應層的控流閥門，氣室與回流區(qū)中的高壓氣體會向出氣口釋放全部的氣體壓力，隨著壓力的快速降低，在氣體流動慣性作用和各個反應層中流體壓力的共同作用下，各個反應層中儲存的活性污泥，經(jīng)過控流閥快速流入污泥回流區(qū)中，隨著氣室內(nèi)壓力的降低，控制系統(tǒng)依次關閉各組控流閥，關閉釋氣閥，關閉排氣閥;整個體系又進入下一輪循環(huán)。

　　所述的控流閥有多組，每組至少有二個，均等設置于同一厭氧反應層 的導氣管旁路上;所述的導氣管有多組，每組導氣管至少有二個，所述的釋氣閥設置有一個，所述的排氣閥有一個，所述的單向泥閥至少一個。

　　所述殼體外徑為3000mm—12000mm;總高度為4500mm—18000mm;各個厭氧反應層高為500mm—1200mm;改性填料層內(nèi)徑為2000mm—3000mm;氣室外徑為500mm—1000mm，所述殼體與內(nèi)部結構支承件為鋼質(zhì)材料或工程塑料制造。

　　通過上述技術方案，本實用新型技術方案的有益效果是：電極所提供的電磁效應與納米鐵層的微觀激活效應相結合，提高了材料的表面活性，在電場作用下，會更大的發(fā)揮鐵的還原作用;將電極應用于納米二氧化鈦改性的填料層，從而更大范圍的影響微生物的生長環(huán)境，更有效的增加微生物細菌降解污染物的能力;將碳纖維泥床作為電極組的陰極，從而在整體厭氧反應裝置中，形成了環(huán)形、立體的電磁環(huán)境;在厭氧反應裝置的三個最重要的環(huán)節(jié)：納米鐵層、納米改性填料層和碳纖維泥床上，建立起多組態(tài)電極網(wǎng)絡，全方位的對微生物生長與降解過程進行耦合與激發(fā)作用，提升了微生物與有機污染物的反應活化能，從而提高了厭氧反應裝置處理水中污染物的能力與效率。