公布日：2022.07.22
申請(qǐng)日：2022.06.23
分類號(hào)：C02F9/14(2006.01)I;C02F3/34(2006.01)N;C02F1/48(2006.01)N;C02F1/461(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種用于高鹽廢水處理的生物電化學(xué)系統(tǒng)，包括依次連接的集水池、生物電化學(xué)池和砂濾池，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)池的內(nèi)部均設(shè)有與電源連接的陽(yáng)極板和陰極板，缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有第一填料，好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有第二填料；所述砂濾池包括提升管和由上至下設(shè)置的斜板區(qū)、砂濾層、進(jìn)水區(qū)，進(jìn)水區(qū)內(nèi)設(shè)有旋轉(zhuǎn)布水器，旋轉(zhuǎn)布水器的進(jìn)口連接砂濾池的進(jìn)水口；砂濾層底部為錐形，且設(shè)有空氣提升泵，提升管貫穿砂濾層和斜板區(qū)，提升管底端連接空氣提升泵，提升管頂端處于斜板區(qū)上方；砂濾池的出水口設(shè)在砂濾池頂部。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種用于高鹽廢水處理的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的集水池、生物電化學(xué)池和砂濾池，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)池的內(nèi)部均設(shè)有與電源連接的陽(yáng)極板和陰極板，缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有第一填料，好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有第二填料；所述砂濾池包括提升管和由上至下設(shè)置的斜板區(qū)、砂濾層、進(jìn)水區(qū)，進(jìn)水區(qū)內(nèi)設(shè)有旋轉(zhuǎn)布水器，旋轉(zhuǎn)布水器的進(jìn)口連接砂濾池的進(jìn)水口；砂濾層底部為錐形，且設(shè)有空氣提升泵，提升管貫穿砂濾層和斜板區(qū)，提升管底端連接空氣提升泵，提升管頂端處于斜板區(qū)上方；砂濾池的出水口設(shè)在砂濾池頂部；所述砂濾層的底部設(shè)有錐形過(guò)濾底板，所述空氣提升泵設(shè)在錐形過(guò)濾底板上表面的底部中心，空氣提升泵出口連接提升管的底部進(jìn)口，提升管處于砂濾層內(nèi)的管壁上均勻設(shè)有若干通氣孔，通氣孔的孔徑小于濾砂粒徑；提升管的頂端設(shè)有水平布料管，水平布料管為中空的，且中心設(shè)有第一開(kāi)口，第一開(kāi)口用于連通提升管頂端，水平布料管的底面均勻設(shè)有若干第二開(kāi)口，用于將沿提升管上升的待清洗濾砂投放至斜板區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述缺氧電化學(xué)池的上部的側(cè)壁設(shè)有第二進(jìn)水口和第一出水口，用于缺氧電化學(xué)池的進(jìn)水和出水；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(jìn)水口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個(gè)陽(yáng)極板和若干個(gè)陰極板，陽(yáng)極板與陰極板交錯(cuò)設(shè)置；缺氧電化學(xué)池內(nèi)散布第一填料和反硝化菌、復(fù)合缺氧菌；缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有攪拌裝置；所述好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個(gè)陽(yáng)極板和若干個(gè)陰極板，陽(yáng)極板與陰極板交錯(cuò)設(shè)置；好氧電化學(xué)池內(nèi)散布第二填料和硝化菌、碳化菌、復(fù)合好氧菌；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(duì)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(guò)管道連接缺氧電化學(xué)池的第二進(jìn)水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述砂濾池的進(jìn)水口為第三進(jìn)水口，第三進(jìn)水口通過(guò)管道連接好氧電化學(xué)池的第二出水口，第三進(jìn)水口處于砂濾池的下部，便于連接砂濾池下部的旋轉(zhuǎn)布水器；砂濾池的出水口為第三出水口，用于排出砂濾池的產(chǎn)水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)布水器包括依次連接的進(jìn)水總管和布水板，布水板為向上凸起的傘狀形狀，布水板內(nèi)部設(shè)有若干個(gè)彼此并聯(lián)的布水道，布水道均貫穿布水板底面；所述進(jìn)水總管的進(jìn)水端連接第三進(jìn)水口，進(jìn)水總管的外側(cè)固定連接布水板的頂面的中心，進(jìn)水總管的出水端連接彼此并聯(lián)的若干個(gè)布水道，將進(jìn)水均勻布撒在進(jìn)水區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述錐形過(guò)濾底板上密布過(guò)濾通孔，用于承接砂濾層的濾砂不落入進(jìn)水區(qū)，同時(shí)進(jìn)水區(qū)的廢水能夠通過(guò)錐形過(guò)濾底板向上進(jìn)入砂濾層進(jìn)行過(guò)濾分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述斜板區(qū)處于水平布料管的下方，斜板區(qū)沿水平方向均勻設(shè)置若干斜板；所述水平布料管的長(zhǎng)度與斜板區(qū)的長(zhǎng)度之比為1:(4 5)，斜板區(qū)對(duì)應(yīng)水平布料管的區(qū)域設(shè)有洗砂器；所述洗砂器包括洗砂桶和內(nèi)部的若干斜板，洗砂桶的底部空置，所述提升管從洗砂桶底部穿入，水平布料管位于洗砂桶內(nèi)的頂部，洗砂桶內(nèi)的斜板處于水平布料管的下方；洗砂桶的頂部連接有洗砂水管，洗砂水管貫穿砂濾池并連接缺氧電化學(xué)池的第二進(jìn)水口，用于將洗砂之后的洗砂水返回缺氧電化學(xué)池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一填料的制備原料包括生物炭、腐殖酸、鐵粉、粉煤灰和二氧化硅，所述生物炭為椰殼和秸稈粉碎并高溫?zé)峤夂蟮玫降模龈乘岚ㄗ馗乘岷秃诟乘�；所述第一填料的各制備原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：生物炭55 60份、腐殖酸8 13份、鐵粉5 8份、粉煤灰20 30份、二氧化硅10 15份，其中棕腐殖酸和黑腐殖酸的質(zhì)量比為1:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一填料的制備方法包括以下步驟：（1）將椰殼和秸稈干燥后，粉碎至80 100目，再混合均勻，然后放入馬弗爐中500 600℃炭化2 3h，自然冷卻后得到所述生物炭；（2）向所述生物炭中依次加入粉煤灰、二氧化硅和鐵粉，待前一種物料混合均勻后再加入后一種物料，得到骨料；（3）向所述骨料中加入水、棕腐殖酸和黑腐殖酸混合后，進(jìn)行造粒，然后烘干，得到所述第一填料。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于高鹽廢水處理的生物電化學(xué)系統(tǒng)，創(chuàng)造性地將電解與生化處理進(jìn)行結(jié)合，提供一種操作簡(jiǎn)便、清潔環(huán)保、高效科學(xué)的高鹽廢水處理系統(tǒng)裝置。
所述生物電化學(xué)系統(tǒng)包括依次連接的集水池、生物電化學(xué)池和砂濾池，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)池的內(nèi)部均設(shè)有與電源連接的陽(yáng)極板和陰極板，缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有第一填料，好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有第二填料；
所述砂濾池包括提升管和由上至下設(shè)置的斜板區(qū)、砂濾層、進(jìn)水區(qū)，進(jìn)水區(qū)內(nèi)設(shè)有旋轉(zhuǎn)布水器，旋轉(zhuǎn)布水器的進(jìn)口連接砂濾池的進(jìn)水口；砂濾層底部為錐形，且設(shè)有空氣提升泵，提升管貫穿砂濾層和斜板區(qū)，提升管底端連接空氣提升泵，提升管頂端處于斜板區(qū)上方；砂濾池的出水口設(shè)在砂濾池頂部。
可選的，所述缺氧電化學(xué)池的上部的側(cè)壁設(shè)有第二進(jìn)水口和第一出水口，用于缺氧電化學(xué)池的進(jìn)水和出水，第二進(jìn)水口和第一出水口分別設(shè)在缺氧電化學(xué)池的兩個(gè)相對(duì)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(jìn)水口。
進(jìn)一步可選的，所述缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個(gè)陽(yáng)極板和若干個(gè)陰極板，陽(yáng)極板與陰極板交錯(cuò)設(shè)置；缺氧電化學(xué)池內(nèi)散布第一填料和反硝化菌、復(fù)合缺氧菌；缺氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。
可選的，所述好氧電化學(xué)池內(nèi)設(shè)有若干個(gè)陽(yáng)極板和若干個(gè)陰極板，陽(yáng)極板與陰極板交錯(cuò)設(shè)置；好氧電化學(xué)池內(nèi)散布第二填料和硝化菌、碳化菌、復(fù)合好氧菌；
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(duì)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(guò)管道連接缺氧電化學(xué)池的第二進(jìn)水口。
可選的，所述砂濾池的進(jìn)水口為第三進(jìn)水口，第三進(jìn)水口通過(guò)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砂濾池，第三進(jìn)水口處于砂濾池的下部，便于連接砂濾池下部的旋轉(zhuǎn)布水器；砂濾池的出水口為第三出水口，用于排出砂濾池的產(chǎn)水。
可選的，所述旋轉(zhuǎn)布水器包括依次連接的進(jìn)水總管和布水板，布水板為向上凸起的傘狀形狀，布水板內(nèi)部設(shè)有若干個(gè)彼此并聯(lián)的布水道，布水道均貫穿布水板底面；所述進(jìn)水總管的進(jìn)水端連接第三進(jìn)水口，進(jìn)水總管的外側(cè)固定連接布水板的頂面的中心，進(jìn)水總管的出水端連接彼此并聯(lián)的若干個(gè)布水道，將進(jìn)水均勻布撒在進(jìn)水區(qū)。
可選的，所述砂濾層的底部設(shè)有錐形過(guò)濾底板，錐形過(guò)濾底板上密布過(guò)濾通孔，用于承接砂濾層的濾砂不落入進(jìn)水區(qū)，同時(shí)進(jìn)水區(qū)的廢水能夠通過(guò)錐形過(guò)濾底板向上進(jìn)入砂濾層進(jìn)行過(guò)濾分離。
可選的，所述空氣提升泵設(shè)在錐形過(guò)濾底板上表面的底部中心，空氣提升泵出口連接提升管的底部進(jìn)口，提升管處于砂濾層內(nèi)的管壁上均勻設(shè)有若干通氣孔，通氣孔的孔徑小于濾砂粒徑；
提升管的頂端設(shè)有水平布料管，水平布料管為中空的，且中心設(shè)有第一開(kāi)口，第一開(kāi)口用于連通提升管頂端，水平布料管的底面均勻設(shè)有若干第二開(kāi)口，用于將沿提升管上升的待清洗濾砂投放至斜板區(qū)。
可選的，所述斜板區(qū)處于水平布料管的下方，斜板區(qū)沿水平方向均勻設(shè)置若干斜板；所述水平布料管的長(zhǎng)度與斜板區(qū)的長(zhǎng)度之比為1:(4 5)，斜板區(qū)對(duì)應(yīng)水平布料管的的區(qū)域設(shè)有洗砂器。
進(jìn)一步可選的，所述洗砂器包括洗砂桶和內(nèi)部的若干斜板，洗砂桶的底部空置，所述提升管從洗砂桶底部穿入，水平布料管位于洗砂桶內(nèi)的頂部，洗砂桶內(nèi)的斜板處于水平布料管的下方；洗砂桶的頂部連接有洗砂水管，洗砂水管貫穿砂濾池并連接缺氧電化學(xué)池的第二進(jìn)水口，用于將洗砂之后的洗砂水返回缺氧電化學(xué)池。
可選的，所述第一填料的制備原料包括生物炭、腐殖酸、鐵粉、粉煤灰和二氧化硅，所述生物炭為椰殼和秸稈粉碎并高溫?zé)峤夂蟮玫降�，所述腐殖酸包括棕腐殖酸和黑腐殖酸�?/p>
可選的，所述粉煤灰的粒徑為20 50μm，二氧化硅的粒徑為10 20μm，鐵粉的粒徑為10 20μm。
可選的，所述第一填料的各制備原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：生物炭55 60份、腐殖酸8 13份、鐵粉5 8份、粉煤灰20 30份、二氧化硅10 15份，其中棕腐殖酸和黑腐殖酸的質(zhì)量比為1:1。
所述第一填料的制備方法包括以下步驟：
（1）將椰殼和秸稈干燥后，粉碎至80 100目，再混合均勻，然后放入馬弗爐中500 600℃炭化2 3h，自然冷卻后得到所述生物炭；
（2）向所述生物炭中依次加入粉煤灰、二氧化硅和鐵粉，待前一種物料混合均勻后再加入后一種物料，得到骨料；
（3）向所述骨料中加入水、棕腐殖酸和黑腐殖酸混合后，進(jìn)行造粒，然后烘干，得到所述第一填料。
可選的，步驟（3）中，加入的水與所述骨料、棕腐殖酸和黑腐殖酸的質(zhì)量之和的質(zhì)量比為(0.15 0.25):1；烘干溫度60 70℃；制得的第一填料的粒徑為3 5mm。
所述第二填料和第一填料的制備原料相同，所述第二填料的各制備原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：生物炭55 60份、腐殖酸5 8份、鐵粉5 8份、粉煤灰20 30份、二氧化硅10 15份，其中棕腐殖酸和黑腐殖酸的質(zhì)量比為1:1。各原料的粒徑與第一填料相同。所述第二填料的制備方法與第一填料相同。
本發(fā)明自制了第一填料和第二填料，其骨料包括生物炭、粉煤灰和二氧化硅，不僅具有較大的比表面積，而且性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉，強(qiáng)度能夠滿足污水處理需求。粉煤灰、椰殼和秸稈原料來(lái)源廣泛，還能夠廢物利用，環(huán)保收益明顯。另外，采用腐殖酸作為粘結(jié)劑，其不但性質(zhì)穩(wěn)定、成本低、無(wú)生物毒性，而且腐殖酸具有各種活性基團(tuán)，使得制得的填料具有較高的活性，第一填料的腐殖酸還能為缺氧微生物提供適量的碳源，促進(jìn)其在第一填料上生長(zhǎng)繁殖，由于腐殖酸的用量相比于微生物的消耗大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，且腐殖酸比廢水中的COD分子量大、降解難度高，所以微生物首先分解廢水中的COD維持生命，無(wú)需擔(dān)心腐殖酸被大量消耗而影響填料的強(qiáng)度。本發(fā)明意想不到的發(fā)現(xiàn)，所述第一填料和第二填料中的鐵粉能夠發(fā)揮磁場(chǎng)作用，缺氧或好氧微生物在磁場(chǎng)作用下能夠表現(xiàn)出更好的生物活性。
所述缺氧電化學(xué)池通電后，陽(yáng)極板與陰極板之間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，第一填料會(huì)在電場(chǎng)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(yáng)極和陰極，每個(gè)填料粒子成為微小電解池，有效增加了電極面積和電解槽的面體比。電解過(guò)程中，通過(guò)電子傳遞方式將能量提供給缺氧微生物，促進(jìn)其自身合成可溶性蛋白和多糖，提高關(guān)鍵酶活性，提升了生物電化學(xué)系統(tǒng)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。
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(guò)反硝化過(guò)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(shí)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(guò)第一出水口進(jìn)入好氧電化學(xué)池，通過(guò)曝氣裝置維持水中溶解氧，適宜好氧微生物生長(zhǎng)繁殖，使之成為優(yōu)勢(shì)菌屬，好氧微生物進(jìn)行有氧呼吸代謝，去除廢水中大部分COD，并且硝化菌利用無(wú)機(jī)碳為碳源，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，產(chǎn)生的硝化液通過(guò)第一回流口回流至缺氧電化學(xué)池。
所述第一填料和第二填料，除了充當(dāng)粒子電極和對(duì)污染物的吸附作用之外，同時(shí)活性污泥還能附著于填料粒子表面，由于填料較大的比表面積及其較強(qiáng)的吸附能力，在填料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(shí)間。在填料的表面生長(zhǎng)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，有助于微生物處于高活性的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，處理效率較高。
同時(shí)高鹽廢水為電解質(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(guò)程。
電解體系運(yùn)行時(shí)，對(duì)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(yáng)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(jī)物開(kāi)環(huán)斷鏈，去除難降解COD，并將有機(jī)磷的碳磷鍵破壞，將次磷酸鹽氧化為正磷酸鹽，使有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷，并且進(jìn)一步氧化氨氮，提升氨氮的去除率。同時(shí)Fe薄膜電極陽(yáng)極板釋放鐵鹽，鐵鹽對(duì)磷起到絮凝作用，減少部分外加絮凝劑的投資。
（發(fā)明人：耿春茂;趙曙光;宋樂(lè)山;陳長(zhǎng)松;曹意茹;何超群;李得元;曹長(zhǎng);劉思;鄭可卿;劉燦波;張穎;曾子玥;李倩）
