公布日：2022.09.20
申請日：2022.07.21
分類號：C02F9/14(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及一種處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，包括依次連接的集水池、生物電化學(xué)池和斜板沉淀池和活性砂濾池，所述生物電化學(xué)池包括依次連接的缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池，缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池的電化學(xué)系統(tǒng)均包括與電源連接的陽極板和陰極板以及位于陽極板和陰極板之間的活性炭粒子；所述活性炭粒子為椰殼活性炭，碘值為1000‑1500。
權(quán)利要求書
1.一種處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，包括依次連接的集水池、生物電化學(xué)池、斜板沉淀池和活性砂濾池，所述生物電化學(xué)池包括依次連接的缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池，缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池的電化學(xué)系統(tǒng)均包括與電源連接的陽極板和陰極板以及位于陽極板和陰極板之間的活性炭粒子；所述活性炭粒子為椰殼活性炭，碘值為1000-1500。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述活性炭粒子的粒度為3-5mm，碘值為1000-1100，孔隙率為60-85％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述集水池的上部設(shè)有第一進水口，用于向集水池進水，底部設(shè)有放空閥，用于排出集水池內(nèi)殘留的固體和液體；集水池通過水泵連接缺氧電化學(xué)池的第二進水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述缺氧電化學(xué)池內(nèi)投加反硝化菌和缺氧菌，缺氧電化學(xué)池的上部的側(cè)壁設(shè)有第二進水口和第一出水口，用于缺氧電化學(xué)池的進水和出水，第二進水口和第一出水口分別設(shè)在缺氧電化學(xué)池的兩個相對的側(cè)壁上；缺氧電化學(xué)池與好氧電化學(xué)池緊密連接，共用同一側(cè)壁，第一出水口為好氧電化學(xué)池的進水口；缺氧電化學(xué)池的頂部設(shè)有頂蓋，使得缺氧電化學(xué)池為一個密閉箱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個陽極板和若干個陰極板，陽極板與陰極板交錯設(shè)置；缺氧電化學(xué)池內(nèi)的活性炭粒子呈懸浮狀態(tài)散布在陽極板和陰極板之間；缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述好氧電化學(xué)池內(nèi)投加硝化菌、碳化菌和好氧菌，好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個陽極板和若干個陰極板，陽極板與陰極板交錯設(shè)置；好氧電化學(xué)池內(nèi)的活性炭粒子呈懸浮狀態(tài)散布在陽極板和陰極板之間；好氧電化學(xué)池的底部設(shè)有曝氣裝置，并在第一出水口對面的側(cè)壁的中部設(shè)置第二出水口，下部設(shè)置第一回流口，第一回流口通過管道連接缺氧電化學(xué)池的第二進水口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述斜板沉淀池的中上部設(shè)有斜板區(qū)，斜板區(qū)均勻設(shè)有若干個傾斜的斜板，若干個斜板相互平行，用于分離廢水中的固體廢物；斜板沉淀池的底部為錐形，便于固體廢物收集，錐形底部的中心設(shè)有排泄口，用于排出固體廢物；斜板沉淀池的中部設(shè)有第三進水口，頂部設(shè)有第三出水口，第三進水口處于斜板區(qū)的下方，且通過管道連接好氧電化學(xué)池的第二出水口，將好氧電化學(xué)池處理后的廢水輸入斜板沉淀池。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述活性砂濾池由上至下包括洗砂器、布水器、導(dǎo)砂斗和空氣提升泵，活性砂濾池的中下部填充濾砂形成砂床；活性砂濾池的上部設(shè)有第四進水口、洗砂污水出口和第四出水口，第四進水口連接布水器，用于使得進水均勻分布，洗砂器通過洗砂污水出口連接缺氧電化學(xué)池，用于將洗砂后的污水排入缺氧電化學(xué)池，第四出水口用于排出產(chǎn)水。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述空氣提升泵設(shè)在活性砂濾池的底部，并通過洗砂管連接洗砂器，所述洗砂管豎直設(shè)置，并貫穿所述導(dǎo)砂斗、布水器和洗砂器，洗砂管的頂端處于活性砂濾池的頂部液面處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，其特征在于，所述洗砂器為中空的方形容器，洗砂管將污染的砂粒輸送進洗砂器，洗砂管頂部導(dǎo)流下來過濾之后的水體，用于清洗砂粒。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，創(chuàng)造性地將耐鹽菌電強化調(diào)控技術(shù)和生化處理技術(shù)進行聯(lián)用，提供一種操作簡便、清潔環(huán)保、高效科學(xué)的生物電化學(xué)裝置。并且，進一步地，本發(fā)明創(chuàng)造性地將特定碘值的椰殼活性炭用于傳統(tǒng)陰陽電極和電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)池中，形成三維電化學(xué)體系，而這種三維電化學(xué)體系與生化處理有機結(jié)合，從而使得微生物的活性提高，電解能力也提高。同時，由于處理對象是高鹽廢水，也省去了外加電解質(zhì)的步驟。
所述處理高鹽廢水的生物電化學(xué)裝置，包括依次連接的集水池、生物電化學(xué)池、斜板沉淀池和活性砂濾池，所述生物電化學(xué)池包括依次連接的缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池，缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池的電化學(xué)系統(tǒng)均包括與電源連接的陽極板和陰極板以及位于陽極板和陰極板之間的活性炭粒子；
所述活性炭粒子為椰殼活性炭，碘值為1000-1500。
可選的，所述集水池的上部設(shè)有第一進水口，用于向集水池進水，底部設(shè)有放空閥，用于排出集水池內(nèi)殘留的固體和液體；集水池通過水泵連接缺氧電化學(xué)池的第二進水口。
可選的，所述缺氧電化學(xué)池內(nèi)投加反硝化菌和缺氧菌，缺氧電化學(xué)池的上部的側(cè)壁設(shè)有第二進水口和第一出水口，用于缺氧電化學(xué)池的進水和出水，第二進水口和第一出水口分別設(shè)在缺氧電化學(xué)池的兩個相對的側(cè)壁上；
缺氧電化學(xué)池與好氧電化學(xué)池緊密連接，共用同一側(cè)壁，第一出水口即為好氧電化學(xué)池的進水口；缺氧電化學(xué)池的頂部設(shè)有頂蓋，使得缺氧電化學(xué)池為一個密閉箱體。
進一步可選的，所述缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個陽極板和若干個陰極板，陽極板與陰極板交錯設(shè)置；缺氧電化學(xué)池內(nèi)的活性炭粒子呈懸浮狀態(tài)散布在陽極板和陰極板之間；
缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。
可選的，所述活性炭粒子為椰殼活性炭，粒度為3-5mm，碘值為1000-1100，孔隙率為60-85％，活性炭粒子先用去離子水沖洗，至洗出液為基本透明后即可使用。
可選的，所述好氧電化學(xué)池內(nèi)投加硝化菌、碳化菌和好氧菌，好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個陽極板和若干個陰極板，陽極板與陰極板交錯設(shè)置；好氧電化學(xué)池內(nèi)的活性炭粒子呈懸浮狀態(tài)散布在陽極板和陰極板之間；
好氧電化學(xué)池的底部設(shè)有曝氣裝置，并在第一出水口對面的側(cè)壁的中部設(shè)置第二出水口，下部設(shè)置第一回流口，第一回流口通過管道連接缺氧電化學(xué)池的第二進水口。
缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池通電后，陰陽極板之間則會產(chǎn)生電場，活性炭粒子會在電場感應(yīng)作用下成為具有復(fù)極性的粒子電極，粒子電極的兩端分別做為陽極和陰極，一個個活性炭粒子填料成為了一個個微小電解池，有效增加電極面積和電解槽的面體比。該過程中，通過電子傳遞方式將能量提供給環(huán)境微生物，促進其自身合成可溶性蛋白和多糖，提高關(guān)鍵酶活性，提升了缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池中微生物的高滲透壓適應(yīng)能力，助于微生物快速適應(yīng)高鹽環(huán)境。
可選的，所述缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池內(nèi)的陽極板均為Fe薄膜電極陽極板，陰極板均為不銹鋼薄膜電極陰極板。
缺氧電化學(xué)池內(nèi)的微生物利用廢水中的可生化降解的COD為碳源，通過反硝化過程脫除廢水以及從好氧電化學(xué)池回流的硝化液中的硝態(tài)氮，同時攪拌裝置防止污泥沉淀，使廢水與污泥充分混合，使污水得以處理。
缺氧電化學(xué)池處理后的廢水通過第一出水口進入好氧電化學(xué)池，通過曝氣裝置維持水中溶解氧，適宜好氧微生物生長繁殖，使之成為優(yōu)勢菌屬，好氧微生物進行有氧呼吸代謝，去除廢水中大部分COD，并且硝化菌利用無機碳為碳源，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，產(chǎn)生的硝化液通過第一回流口回流至缺氧電化學(xué)池。
所述活性炭粒子除了充當(dāng)粒子電極和對污染物的吸附作用之外，同時活性污泥附著于活性炭粒子表面，由于活性炭粒子巨大的比表面積及其很強的吸附能力，在活性炭粒子表面快速形成生物膜，提高單位容積內(nèi)的生物量，縮短水力停留時間。在活性炭粒子的表面生長的微生物膜由于填料流化碰撞、曝氣沖刷等作用，使失活的生物膜脫落，暴露活性炭粒子的部分面積，保持微電解性能，同時有助于微生物處于高活性的對數(shù)增長期，處理效率較高。本發(fā)明中活性炭粒子的碘值對高鹽廢水的處理具有影響，碘值過低，則活性炭粒子的活性較低，對污染物和微生物的吸附性能下降，碘值過高，則活性炭粒子的活性過高，容易形成團聚，不同活性炭粒子聚集在一起，使得微電場作用和吸附作用均下降。發(fā)明人意料不到的發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)選擇活性炭粒子的粒徑，配合上述適當(dāng)?shù)牡庵�，能夠獲得良好的分散效果、吸附效果和微生物附著效果。
同時高鹽廢水為缺氧電化學(xué)池和好氧電化學(xué)池的電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)濃度越高，其單位容積中含有的離子數(shù)目也越高，電導(dǎo)率也越大，即當(dāng)量電導(dǎo)也越大，所以高鹽廢水有利于電解過程。
電解體系運行時，對廢水中的難降解COD、脫氮除磷也具有作用，F(xiàn)e薄膜電極陽極板失電子，直接氧化和產(chǎn)生羥基自由基等，將廢水中難以生化的有機物開環(huán)斷鏈，去除難降解COD，并將有機磷的碳磷鍵破壞，將次磷酸鹽氧化為正磷酸鹽，使有機磷轉(zhuǎn)化為無機磷，并且進一步氧化氨氮，提升氨氮的去除率。同時Fe薄膜電極陽極板釋放鐵鹽，鐵鹽對磷起到絮凝作用，減少部分外加絮凝劑的投資。
可選的，所述斜板沉淀池的中上部設(shè)有斜板區(qū)，斜板區(qū)均勻設(shè)有若干個傾斜的斜板，若干個斜板相互平行，用于分離廢水中的固體廢物；
斜板沉淀池的底部為錐形，便于固體廢物收集，錐形底部的中心設(shè)有排泄口，用于排出固體廢物；
斜板沉淀池的中部設(shè)有第三進水口，頂部設(shè)有第三出水口，第三進水口處于斜板區(qū)的下方，且通過管道連接好氧電化學(xué)池的第二出水口，將好氧電化學(xué)池處理后的廢水輸入斜板沉淀池。
由于高鹽廢水的浮力作用，活性污泥在所述斜板沉淀池內(nèi)的沉淀不完全，致使出水SS和總磷不達標，所以本發(fā)明在斜板沉淀池后連接活性砂濾池。
可選的，所述活性砂濾池由上至下包括洗砂器、布水器、導(dǎo)砂斗和空氣提升泵，活性砂濾池的中下部填充濾砂形成砂床；活性砂濾池的上部設(shè)有第四進水口、洗砂污水出口和第四出水口，第四進水口連接布水器，用于使得進水均勻分布，洗砂器通過洗砂污水出口連接缺氧電化學(xué)池，用于將洗砂后的污水排入缺氧電化學(xué)池，第四出水口用于排出產(chǎn)水。
可選的，所述空氣提升泵設(shè)在活性砂濾池的底部，并通過洗砂管連接洗砂器，所述洗砂管豎直設(shè)置，并貫穿所述導(dǎo)砂斗、布水器和洗砂器，洗砂管的頂端處于活性砂濾池的頂部液面處。
可選的，所述洗砂器為中空的方形容器，洗砂管將污染的砂粒輸送進洗砂器，洗砂管頂部導(dǎo)流下來過濾之后的水體，用于清洗砂粒。
由斜板沉淀池輸出的水體經(jīng)過第四進水口和布水器均勻進入活性砂濾池，即均勻分布在整個砂床的截面，并導(dǎo)引向上流動，經(jīng)過砂床的過濾作用將水中的污染物截留過濾，污染的砂粒沿著導(dǎo)砂斗均勻滑落至底部。水向上流動，而濾床向下移動，劇烈的洗刷使雜質(zhì)與砂粒分離，臟的砂子不斷被分離和清洗。濾砂的循環(huán)依靠空氣提升泵的氣提作用，迫使臟砂與水的混合物通過洗砂管向上移動，空氣在洗砂管的頂部被釋放。然后砂粒依靠重力落入洗砂器，砂粒在洗砂器中用少量的濾液逆流清洗，以最終去掉濾砂的污物，洗砂后的污水由洗砂污水出口回流至缺氧電化學(xué)池。過濾后的凈水從第四出水口排出系統(tǒng)，最后實現(xiàn)高鹽廢水達標排放。
（發(fā)明人：曹意茹;耿春茂;趙曙光;宋樂山;陳長松;王俊;李得元;何超群;張穎;王程程;李倩;李橙;鄭可卿;曾子玥;劉思）
