公布日：2023.06.27
申請日：2023.02.23
分類號：C02F3/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，公開了一種電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物無隔膜廢水電解裝置，包括電解池單元，曝氣單元和電化學(xué)供電單元。其中，電解池單元包括外層支撐殼體，陰極殼體和陽極柱；陰極殼體設(shè)于外層支撐殼體內(nèi)；陽極柱設(shè)于外層支撐殼體內(nèi)且不與陰極殼體接觸；陽極柱上負(fù)載有好氧微生物；曝氣單元通過管路與所述外層支撐殼體的底部連通。本發(fā)明為單室結(jié)構(gòu)的無隔膜廢水電解裝置，可有效降低內(nèi)阻，從而增大有機(jī)污染物處理量。本發(fā)明裝置中設(shè)有好氧微生物，在有游離氧存在下降解有機(jī)物速度較快，廢水停留時間較短，對有機(jī)物降解更為完全，去除率高于厭氧微生物；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
權(quán)利要求書
1.一種電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物無隔膜廢水電解裝置，其特征在于包括：電解池單元，包括：外層支撐殼體（1）；所述外層支撐殼體上設(shè)有進(jìn)水管路（2）和出水管路（3）；作為陰極的陰極殼體（4），設(shè)于所述外層支撐殼體內(nèi)；作為陽極的陽極柱（5），設(shè)于所述外層支撐殼體內(nèi)且不與陰極殼體接觸；所述陽極柱上負(fù)載有好氧微生物；所述好氧微生物為短芽孢桿菌，命名為JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，其微生物保藏編號為CGMCCNo.24887，微生物分類命名為短芽孢桿菌Brevibacillus.sp；曝氣單元（6），通過管路與所述外層支撐殼體的底部連通；電化學(xué)供電單元（7），分別與所述陽極和陰極電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述陽極柱上設(shè)有用于負(fù)載好氧微生物且不與陰極殼體接觸的陽極填料（8）。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：所述陽極填料以多層形式串設(shè)于陽極柱軸向上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于：所述陽極填料為導(dǎo)電材料。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于：所述陽極柱的數(shù)量為一個或多個并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述電化學(xué)供電單元中集成有用于檢測所述陰極電流和陽極電流的電流數(shù)控檢測器（9）。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于：所述陰極殼體的下方設(shè)有布?xì)獠妓澹?/span>10）；所述布?xì)獠妓宓母叨雀哂谶M(jìn)水管路。
8.如權(quán)利要求1或7所述的裝置，其特征在于：所述曝氣單元中集成有氣量調(diào)節(jié)監(jiān)控器（11）。
9.如權(quán)利要求1或7所述的裝置，其特征在于：所述進(jìn)水管路上設(shè)有進(jìn)水流量調(diào)節(jié)監(jiān)控器（12）；所述出水管路上設(shè)有出水流量調(diào)節(jié)監(jiān)控器（13）。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物無隔膜廢水電解裝置，本發(fā)明為單室結(jié)構(gòu)的無隔膜廢水電解裝置，可有效降低內(nèi)阻，從而增大有機(jī)污染物處理量。本發(fā)明裝置中設(shè)有好氧微生物，相對于厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧(分子氧)存在的條件下降解有機(jī)物，其反應(yīng)速度較快，廢水停留時間較短，對有機(jī)物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物無隔膜廢水電解裝置，包括：電解池單元，包括：
外層支撐殼體；所述外層支撐殼體上設(shè)有進(jìn)水管路和出水管路；
作為陰極的陰極殼體，設(shè)于所述外層支撐殼體內(nèi)；
作為陽極的陽極柱，設(shè)于所述外層支撐殼體內(nèi)且不與陰極殼體接觸；所述陽極柱上負(fù)載有好氧微生物；
曝氣單元，通過管路與所述外層支撐殼體的底部連通；
電化學(xué)供電單元，分別與所述陽極和陰極電連接。
本發(fā)明裝置尤其適用于醫(yī)藥農(nóng)藥化工企業(yè)生產(chǎn)的廢水，其工作原理為：廢水和氣體由外層支撐殼體底部的進(jìn)水管路進(jìn)入，在上升過程中，在電化學(xué)以及好氧微生物的雙重作用下，廢水中的有機(jī)物高效地發(fā)生降解，逐級降解為二氧化碳、水和簡單無機(jī)物等，降解后的廢水通過外層支撐殼體頂部的出水管路排出。
本發(fā)明對現(xiàn)有雙室結(jié)構(gòu)(含隔膜)的微生物電解池裝置進(jìn)行改進(jìn)，取消了隔膜的設(shè)計，整個裝置為單室結(jié)構(gòu)，因此能夠減少內(nèi)阻，能夠增大有機(jī)污染物處理量。
此外，傳統(tǒng)微生物電解池多為厭氧微生物裝置，而本發(fā)明在陽極柱上負(fù)載的是好氧微生物，相對于厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧(分子氧)存在的條件下降解有機(jī)物，其反應(yīng)速度較快，廢水停留時間較短，對有機(jī)物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。并且在此基礎(chǔ)上輔以曝氣單元供氧，可進(jìn)一步有利于好氧微生物的代謝和繁殖。在運(yùn)行狀態(tài)下，好氧微生物擴(kuò)散至水中以懸浮狀態(tài)分布，不會發(fā)生分層和沉降。其原因在于：(1)在曝氣單元的曝氣下，水體自身可快速流動傳質(zhì)，使得細(xì)小微生物可懸浮于水中；(2)溶解氧含量充足，微生物活性好，不會出現(xiàn)死亡沉降的現(xiàn)象。
作為優(yōu)選，所述陽極柱上設(shè)有用于負(fù)載好氧微生物且不與陰極殼體接觸的陽極填料。
陽極填料的存在可以提高微生物菌落和電極的接觸面積，更好地進(jìn)行直接電子傳遞和間接電子傳遞，促進(jìn)電化學(xué)強(qiáng)化微生物的效果，進(jìn)而增加廢水處理能力。每根陽極柱上的陽極負(fù)載填料之間可以相互接觸，但不可與陰極桶接觸以免發(fā)生短路造成裝備的損壞。
作為優(yōu)選，所述陽極填料以多層形式串設(shè)于陽極柱軸向上。
作為優(yōu)選，所述陽極填料為導(dǎo)電材料，進(jìn)一步優(yōu)選為碳纖維。
作為優(yōu)選，所述陽極柱的數(shù)量為一個或多個并聯(lián)。
陽極柱多組并聯(lián)可提高裝置的電化學(xué)作用效果。
作為優(yōu)選，所述好氧微生物為短芽孢桿菌，命名為JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，其微生物保藏編號為CGMCCNo.24887，微生物分類命名為短芽孢桿菌Brevibacillus.sp。
本發(fā)明選用的好氧微生物為篩選而得的短芽孢桿菌，該菌株與現(xiàn)有的其他短芽孢桿菌相比，具有更強(qiáng)的耐鹽、耐堿和耐電流能力，因此能完美適配本發(fā)明的應(yīng)用場景(高濃醫(yī)藥農(nóng)藥化工廢水通常具有高鹽高堿的特點(diǎn)，以及電解處理過程中會產(chǎn)生電流)。具體地，本發(fā)明菌株可耐受8％鹽濃度、pH＝12的廢水，并且在80mA電流下仍可存活7天以上，且仍具有降解污染能力。故本裝置電流最大載荷為70mA，電壓最大載荷4V，高于一般的微生物電解池的電壓電流(0.5-1V，10mA)。
作為優(yōu)選，所述電化學(xué)供電單元中集成有用于檢測所述陰極電流和陽極電流的電流數(shù)控檢測器。
電流數(shù)控檢測裝置用于實(shí)時控制輸出電流和電壓大小，并向配套的計算機(jī)輸出多項(xiàng)電化學(xué)參數(shù)與設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，該裝置可采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。
作為優(yōu)選，所述陰極殼體的下方設(shè)有布?xì)獠妓�；所述布�(xì)獠妓宓母叨雀哂谶M(jìn)水管路。
布?xì)獠妓宓淖饔檬强墒雇ㄈ胙b置的氣體和廢水均勻分布，保持均質(zhì)狀態(tài)，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。
作為優(yōu)選，所述曝氣單元中集成有氣量調(diào)節(jié)監(jiān)控器。
氣量調(diào)節(jié)監(jiān)控器可可實(shí)時調(diào)節(jié)曝氣量，確保好氧微生物擁有足夠氧氣并保持懸浮狀態(tài)。
作為優(yōu)選，所述進(jìn)水管路上設(shè)有進(jìn)水流量調(diào)節(jié)監(jiān)控器；所述出水管路上設(shè)有出水流量調(diào)節(jié)監(jiān)控器。
進(jìn)水流量調(diào)節(jié)監(jiān)控器用于實(shí)時調(diào)節(jié)廢水的進(jìn)水流量，出水流量調(diào)節(jié)監(jiān)控器可實(shí)時調(diào)節(jié)廢水的出水流量，該設(shè)備為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。
作為優(yōu)選，所述外層支撐殼體呈圓桶狀。
作為優(yōu)選，所述陰極殼體呈頂部和頂部均開口的圓桶狀，材質(zhì)為不銹鋼或鈦合金。
作為優(yōu)選，所述陽極柱的材質(zhì)為石墨或鍍釕銥氧化物鈦合金。
與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明為單室結(jié)構(gòu)的無隔膜廢水電解裝置，可有效降低內(nèi)阻，從而增大有機(jī)污染物處理量。
(2)本發(fā)明裝置中設(shè)有好氧微生物，相對于厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧存在的條件下降解有機(jī)物，其反應(yīng)速度較快，廢水停留時間較短，對有機(jī)物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
(3)本發(fā)明設(shè)有曝氣單元，可有利于好氧微生物的代謝和繁殖，并且可維持好氧微生物在水中以懸浮狀態(tài)分布，不會發(fā)生分層和沉降。
(4)本發(fā)明采用自篩而得的好氧微生物——短芽孢桿菌JSCW-2022-A1324，該菌株與現(xiàn)有的其他短芽孢桿菌相比，具有更強(qiáng)的耐鹽、耐堿和耐電流能力，因此能完美適配本發(fā)明的應(yīng)用場景。
(5)本發(fā)明在陽極柱上設(shè)有陽極填料，可以提高微生物菌落和電極的接觸面積，更好地進(jìn)行直接電子傳遞和間接電子傳遞，促進(jìn)電化學(xué)強(qiáng)化微生物的效果，進(jìn)而增加廢水處理能力。
（發(fā)明人：雷育斌;李依;許振羽;潘曉梁;程成志;王宇超;周杰;殷松平;宋天佑;耿聰）
