一種連續(xù)流一體化電極生物膜反應(yīng)器及去除硝酸鹽的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)流一體化電極生物膜反應(yīng)器及去除硝酸鹽的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，含氮化合物排放量急劇增加，使得硝酸鹽在水體中的積累日趨嚴(yán)重。我國大多數(shù)地區(qū)的地下水在不同程度上都遭受到硝酸鹽的污染，人類長期飲用硝酸鹽和亞硝酸鹽超標(biāo)的水，能引起變性血色素癥，并使得肝癌、食道癌、胃癌的發(fā)病率增高。目前，GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定硝酸鹽限值為1mg/L，但許多地區(qū)作為飲用的地下水中硝酸鹽濃度已在30mg/L以上。因此去除水體中的硝酸鹽已到了刻不容緩的地步。
[0003]現(xiàn)階段比較成熟的脫硝方法可以分為物理法、化學(xué)法和生物法。其中，生物反硝化被認(rèn)為是最有潛力的脫硝方法。根據(jù)反硝化細(xì)菌所需碳源不同，生物反硝化又分為異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化。異氧反硝化具有反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但是，若添加的有機(jī)碳源不夠，則水中亞硝酸鹽氮便會大量積累，若添加的碳源過量，則殘留的有機(jī)碳源會帶來二次污染問題；自養(yǎng)反硝化利用無機(jī)碳源，采用氫氣或硫的化合物做為無機(jī)電子供體，硝酸鹽作為電子受體，在自養(yǎng)反硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為無害氮?dú)?。隨著研宄的深入，部分學(xué)者在自養(yǎng)反硝化基礎(chǔ)上提出了電極生物膜法的概念。電極生物膜反硝化是一個(gè)電化學(xué)作用和生物反硝化作用相結(jié)合的過程，通過馴化掛膜，微生物固定于陰極表面形成反硝化生物膜，分子水在外加電流的作用下電解產(chǎn)生氫氣(H2)，生物膜上的反硝化菌部分利用廢水中的有機(jī)物做電子供體，還有部分反硝化菌以H2為電子供體，共同將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，并最終還原為氮?dú)?N2)。電極生物膜反硝化的基本反應(yīng)原理如下:其中采用碳質(zhì)陽極時(shí)，會產(chǎn)生二氧化碳(如方程I)，可用于維持反應(yīng)器的中性環(huán)境，采用金屬陽極時(shí)，會產(chǎn)生氧氣(如方程2)，可用于硝化反應(yīng)。陽極常見的反應(yīng)方程式:
[0004]C+2H20 — C02+4H++4e_ (I)
[0005]2H20 — 02+4H++4e_ (2)
[0006]陰極反應(yīng)方程式:
[0007]2H20+2e-— H 2+20F (3)
[0008]l/202+2e>H20 — 20F (4)
[0009]2N03>5H2— N 2+4H20+20r (5)
[0010]與單純的生物膜法相比，電極生物膜法的優(yōu)點(diǎn)主要是將生物法和電化學(xué)法有機(jī)結(jié)合，利用電極作為生物膜的載體；其次是利用微電解水釋放出的H+為反硝化菌提供電子供體，將電解法氧化還原能力高以及生物膜與電極之間的高效傳質(zhì)特點(diǎn)結(jié)合起來，促進(jìn)了反硝化的進(jìn)行。
[0011]目前，電極生物膜反應(yīng)器的形式主要還是單筒式或板式電極反應(yīng)器，沒有將陽極室與陰極室分隔開，當(dāng)采用金屬陽極時(shí)，產(chǎn)生的氧氣容易在陰極生物膜附近形成好氧環(huán)境，導(dǎo)致溶解氧濃度過高不利于反硝化的進(jìn)行；其次，反應(yīng)器陰極普遍采用固定電極，需要外加攪拌裝置促進(jìn)污染物與微生物的接觸與混勻，且出水含有較多的懸浮物。針對上述缺陷，需要對電極生物膜反應(yīng)器做進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是提供一種連續(xù)流一體化電極生物膜反應(yīng)器，包括圓柱形的陽極室、陰極室和吸附室。在陽極室和陰極室中間裝有隔膜，可以有效分離陽極和陰極室的降解產(chǎn)物并有效防止陰極室細(xì)菌流入到陽極室。陰極室連接吸附室進(jìn)行吸附過濾，有效截留陰極室出水中的污泥和懸浮物，使出水中的懸浮物濃度SS達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是提供一種去除硝酸鹽的工藝。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0015]一種連續(xù)流一體化電極生物膜反應(yīng)器，包括圓柱形的陽極室(4)、陰極室(14)和吸附室(17)，其特征在于:進(jìn)水經(jīng)恒流泵(5)和進(jìn)水閥門(7)同所述陰極室(14)的底部連通；陰極室(14)和陽極室(4)之間通過隔膜隔開；陰極室(14)連接填充有吸附材料的吸附室(17)，陰極室出水在吸附室(17)沉淀過濾后經(jīng)出水閥門(15)排出。
[0016]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn):
[0017]所述反應(yīng)器陽極室含有排氣孔和棒狀陽極。
[0018]所述反應(yīng)器陰極室含有片狀陰極，可以在增力攪拌器作用下旋轉(zhuǎn)。
[0019]所述片狀陰極材料為石墨片、碳纖維片、及惰性金屬片。
[0020]所述反應(yīng)器隔膜可采用石棉纖維、質(zhì)子交換膜或合成纖維材料。
[0021]所述反應(yīng)器吸附室填充的吸附材料為天然沸石、石英砂、樹脂或活性炭。
[0022]所述反應(yīng)器外加電源采用穩(wěn)壓電源或恒電位儀。
[0023]本發(fā)明同時(shí)提供一種處理硝酸鹽的工藝，其使用了上述的連續(xù)流一體化電極生物膜反應(yīng)器作為處理載體。
[0024]本發(fā)明的工作步驟為:(I)將一定濃度的活性污泥(或剩余污泥)和污水混合后泵入陰極室中，靜置6?8小時(shí)，使污泥與陰極載體接觸起到接種微生物的作用，之后全部排空，再連續(xù)進(jìn)不含污泥的污水，并逐漸加大進(jìn)水量，完成陰極掛膜。(2)馴化培養(yǎng)期間，夕卜加一定的直流電流。(3)在陽極室加入濃度范圍為0.01-0.5mol/L的硫酸溶液，促進(jìn)電解過程中H+的迀移；陰極室通過恒流泵加入待處理廢水，同時(shí)控制電流強(qiáng)度和水力停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的連續(xù)運(yùn)行和較好的處理效果。
[0025]本發(fā)明的具體工作過程詳見【具體實(shí)施方式】部分。
[0026]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0027](I)將隔膜應(yīng)用到電極生物膜系統(tǒng)中，其優(yōu)點(diǎn)一是可以分離陰極室和陽極室的降解產(chǎn)物，提高系統(tǒng)負(fù)荷；二是陽極采用金屬電極時(shí)，可以阻止陽極電解產(chǎn)生的氧氣進(jìn)入陰極室，使陰極室形成缺氧和厭氧環(huán)境，促進(jìn)反硝化的進(jìn)行，三是防止陰極還原產(chǎn)生的中間產(chǎn)物如NO2' NO等在陽極再次被氧化掉；
[0028](2)陰極室的陰極制作成旋轉(zhuǎn)葉片型，可以緩慢旋轉(zhuǎn)，不需要外加攪拌設(shè)備，簡化了操作步驟、易于運(yùn)行維護(hù)。
[0029](3)反應(yīng)器的吸附室可以進(jìn)行吸附過濾，可以有效截留陰極室出水中的污泥和懸浮物。
[0030](4)電極生物膜技術(shù)將電解產(chǎn)氫和自養(yǎng)微生物還原處理相結(jié)合，反應(yīng)不需有機(jī)碳源，且氫氣由陰極電解水產(chǎn)生，系統(tǒng)具有運(yùn)行管理方便、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。
[0031]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，其作為本說明書的一部分，通過實(shí)施例來說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其它方面、特征及其優(yōu)點(diǎn)通過該詳細(xì)說明將會變得一目了然。
【附圖說明】
[0032]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0033]圖1為本發(fā)明連續(xù)