產(chǎn)物原位電化學還原厭氧反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CO2產(chǎn)物原位電化學還原厭氧反應器，屬于廢水生物處理技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)化進程的不斷推進，工業(yè)廢水中高濃度有機廢水的有效治理是廢水處理領域的難題之一，工業(yè)廢水中高濃度有機廢水一般來自印染、造紙等行業(yè)廢水，COD 一般在2000mg/L以上，有的甚至高達幾萬乃至幾十萬mg/L，高濃度有機廢水會使受納水體缺氧甚至厭氧。厭氧生物法是目前處理高濃度有機廢水效果較好也較成熟的方法。自從1974年Lettinga等發(fā)明了升流式厭氧污泥床(UASB)為代表的第二代厭氧反應器，厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)和厭氧內(nèi)循環(huán)反應器(IC)為代表的第三代厭氧反應器以來，生產(chǎn)性的厭氧反應器已獲廣泛應用。
[0003]傳統(tǒng)的厭氧反應器甚至是第二代、第三代厭氧反應器在處理高濃度有機廢水時都會產(chǎn)生一定量的溫室氣體(CO2)，同時大氣中CO2所引起的溫室效應已成為全世界最關心的問題之一，所以在實現(xiàn)COD(化學需氧量)減排任務的同時要減少溫室氣體CO2的排放量。為了減少的CO2的排放量可通過多種辦法將CO 2回收利用，而電化學還原法因耗能少，操作方便，反應過程中可通過控制電極及反應條件實現(xiàn)選擇性合成產(chǎn)物。CO2電化學還原產(chǎn)物一般是甲烷、甲酸、一氧化碳、甲醇等小分子物質(zhì)，反應如下:
[0004]C02+2H.+2e-— HCOOH E = —0.61V
[0005]C02+2H.+2e-— CO+H 20 E = _0.52V
[0006]C02+6H++6e_— CH 30H+H20 E = _0.38V
[0007]C02+8H++8丨—CH 4+2H20 E = _0.24V
[0008]利用電化學技術還原二氧化碳產(chǎn)生能源物質(zhì)及其他附加值產(chǎn)品已成為當前研宄熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的是實現(xiàn)厭氧生物反應器與電化學裝置的有機耦合，從而減少中間產(chǎn)物CO2抑制、回收堿度，加快反應速率、提升有機物去除效率等技術問題。
[0010]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種CO2產(chǎn)物原位電化學還原厭氧反應器，包括由下至上依次連接的布水段、反應段、分離段，分別形成布水區(qū)、反應區(qū)、分離區(qū)，其特征在于，所述布水段包括底板，底板上設有下柱體，下柱體內(nèi)設有布水區(qū)橢圓擋板，布水區(qū)橢圓擋板下側(cè)與下柱體側(cè)壁之間形成布水區(qū)集氣室，布水區(qū)集氣室內(nèi)靠近下柱體側(cè)壁處設有布水區(qū)排氣管、布水區(qū)陰陽極電極板、布水區(qū)循環(huán)旋流管，排氣管與下柱體外側(cè)連通，下柱體底部設有穿孔進料布水管；所述反應段包括從下至上依次連接的η級反應單元，每級反應單元包括單元柱體，單元柱體內(nèi)設有橢圓擋板，橢圓擋板下側(cè)與單元柱體之間形成反應區(qū)集氣室，反應區(qū)集氣室內(nèi)靠近單元柱體側(cè)壁處設有排氣管、陰極電極板及一段循環(huán)旋流管，排氣管與單元柱體外側(cè)連通；分離段包括上柱體，上柱體頂部設有蓋板，上柱體內(nèi)設有溢流堰，溢流堰上側(cè)與上柱體、蓋板之間形成分離區(qū)第二集氣室，上柱體相對應溢流堰處設有出水管，溢流堰下側(cè)與上柱體之間形成沉淀區(qū)，沉淀區(qū)內(nèi)設有分離區(qū)橢圓擋板，分離區(qū)橢圓擋板下側(cè)與上柱體側(cè)壁之間形成分離區(qū)第一集氣室，分離區(qū)第一集氣室內(nèi)靠近上柱體側(cè)壁處設有分離區(qū)排氣管、分離區(qū)陰陽極電極板、分離區(qū)循環(huán)旋流管，分離區(qū)排氣管與上柱體外側(cè)連通；分離區(qū)循環(huán)旋流管、各級反應單元內(nèi)的循環(huán)旋流管、布水區(qū)循環(huán)旋流管依次首尾相連。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述溢流堰為鋸齒形。
[0012]優(yōu)選地，所述沉淀區(qū)處的上柱體側(cè)壁設有回流管，回流管與分離區(qū)循環(huán)旋流管連通。
[0013]優(yōu)選地，所述下柱體底部設有清空口，清空口位于穿孔進料布水管與底板之間。
[0014]優(yōu)選地，所述上柱體、各級單元柱體、下柱體外側(cè)均設有保溫層。
[0015]優(yōu)選地，所述布水區(qū)陰陽極電極板通過經(jīng)過布水區(qū)排氣管的導線、各級反應單元中的陰極電極板通過經(jīng)過對應排氣管的導線、分離區(qū)陰陽極電極板通過經(jīng)過分離區(qū)排氣管的導線分別與電化學工作站的電源連接，陰極電極板接電源負極，陽極電極板接電源正極。
[0016]優(yōu)選地，所述各電極板中的陰極電極為碳氈；陽極電極為鈦板；電極板形狀均為圓形。
[0017]優(yōu)選地，所述布水區(qū)陰陽極電極板設于分水區(qū)排氣管下方、布水區(qū)循環(huán)旋流管上方；各級反應單元中的陰極電極板設于對應排氣管下方、循環(huán)旋流管上方；分離區(qū)陰陽極電極板設于分離區(qū)排氣管下方、分離區(qū)循環(huán)旋流管上方。
[0018]優(yōu)選地，所述反應段內(nèi)設有2?6個反應單元。
[0019]優(yōu)選地，所述布水區(qū)橢圓擋板、第1-η級反應單元中的橢圓擋板、分離區(qū)橢圓擋板大小、形狀相同，相鄰橢圓擋板相互錯開，且從下至上順時針120。螺旋排列。
[0020]優(yōu)選地，所述的布水段、各級反應單元、分離區(qū)相鄰兩者之間采用法蘭連接。
[0021]優(yōu)選地，上柱體、各級單元柱體與下柱體的直徑相同。
[0022]本發(fā)明利用了生物厭氧消化三階段理論(水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段)與電化學還原原理的結(jié)合，集成了水力學、微生物學、生物反應器工程技術和電化學原理，解決了厭氧反應器與電化學裝置的耦合問題，反應速率快、反應效率高、減少中間產(chǎn)物抑制、可回收堿度、占地面積少和操作方便。
[0023]所述的布水區(qū)穿孔進料布水管集進料布水功能，該布水器具有結(jié)構簡單、不易阻塞、耐沖擊能力強等特點；所述的反應區(qū)部分設置η塊橢圓擋板將反應區(qū)分成η級，在每個反應區(qū)單元下方分別設置集氣室，氣體通過排氣管排出，減少了因產(chǎn)氣所致的各段顆粒污泥交流，保持功能菌群的相對穩(wěn)定；旋流板空間分割作用，促進了反應區(qū)局部的全混合狀態(tài)，排氣管下方設陰極電極板，促使二氧化碳發(fā)生電化學還原，減少中間產(chǎn)物抑制和二氧化碳排放量，產(chǎn)生小分子能源物質(zhì)，加速反應，提高厭氧生物反應效率，同時，各電極板下方分別設循環(huán)旋流管，強化了反應區(qū)的平推流態(tài)，使反應器整體流態(tài)為“局部全混流、整體平推流”。
[0024]所述的分離區(qū)設置鋸齒形溢流堰使處理后的水通過出水管流出反應器，設置分離區(qū)反應單元對反應區(qū)未出去的有機物進一步反應，提高顆粒污泥的持留時間。
[0025]本發(fā)明與其他技術相比，具有以下有益效果:
[0026]I)穿孔進料布水器集進料與布水功能，結(jié)構簡單、布水均勻、不易堵塞、耐水力沖擊能力強、易維護等綜合性能；
[0027]2)布水區(qū)、反應區(qū)各單元采和分離區(qū)采用法蘭連接，可根據(jù)進水水質(zhì)和出水要求等適當調(diào)整單元；
[0028]3)在反應區(qū)設置電極板并外加電源促使二氧化碳發(fā)生電化學還原反應，減少溫室氣體0)2的排放，提高反應效率，同時，電極板做成圓形可減少水頭損失；
[0029]4)利用厭氧反應器中的微生物菌群作為原料參與電化學反應，實現(xiàn)了資源的原位利用，使厭氧反應器與電化學技術高度耦合；
[0030]5)反應區(qū)設置η塊橢圓擋板，分段收集生物產(chǎn)氣，減輕了產(chǎn)物對微生物的抑制；同時減少了生物產(chǎn)氣對顆粒污泥的向上攜帶作用，有效地增強了污泥持留能力，極大地減輕了分離區(qū)的負荷，使分離區(qū)圓柱體的直徑與反應區(qū)和布水區(qū)相同(傳統(tǒng)厭氧反應器需要通過擴大三相分離區(qū)的直徑，以減輕其表面水力負荷，增強污泥持留能力)，因此，反應器基礎承載強度、加工制造難度和有效體積率等均明顯改善；
[0031]6)反應器外層設保溫層，維持反應器內(nèi)部的溫度為最佳反應溫度，使反應器高效穩(wěn)定運行；
[0032]7)反應器加工簡單、安裝方便、結(jié)構緊湊、占地面積小、便于模塊化。
[0033]本發(fā)明適合中高濃度有機廢水的處理。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明提供的CO2產(chǎn)物原位電化學還原厭氧反應器的結(jié)構示意圖；
[0035]圖2為圖1中A-A面的剖視圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0037]實施例
[0038]如圖1-2所示，為本發(fā)明提供的0)2產(chǎn)物原位電化學還原厭氧反應器的結(jié)構示意圖包括由下至上依次連接的布水段1、反應段I1、分離段III，分別形成布水區(qū)、反應區(qū)、分離區(qū)。
[0039]所述布水段I包括底板33，底板33上設有下柱體34，下柱體34內(nèi)設有布水區(qū)橢圓擋板27，布水區(qū)橢圓擋板27下側(cè)與下柱體34側(cè)壁之間形成布水區(qū)集氣室28，布水區(qū)集氣室28內(nèi)靠近下柱體34側(cè)壁處設有布水區(qū)排氣管29、布水區(qū)陰陽極電極板30、布水區(qū)循環(huán)旋流管31，排氣管29與下柱體34外側(cè)連通，下柱體34底部設有穿孔進料布水管1，下柱體34底部設有清空口 32，