一種基于電極-超重力生物轉(zhuǎn)盤(pán)的一體化反應(yīng)器及其處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保設(shè)備領(lǐng)域，，具體涉及一種基于電極-超重力生物轉(zhuǎn)盤(pán)的一體化反應(yīng)器及其處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]污染物的存在是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)所遺留下的重大問(wèn)題，其處理方法應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、無(wú)二次污染、環(huán)境友好且易于控制等特點(diǎn)。電化學(xué)法兼具有高效和環(huán)保的特點(diǎn)，在無(wú)害化處理水中有機(jī)污染物方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。
[0003]生物反硝化去除水中NO3是一種非常有效的方法，它可通過(guò)微生物的作用將NO3還原為無(wú)污染的~2，其中所使用的電子供體通常為有機(jī)物。然而，一些工業(yè)廢水和生活污水中由于有機(jī)物含量低，反硝化過(guò)程無(wú)法順利進(jìn)行。針對(duì)這一問(wèn)題，上世紀(jì)90年代，Mellor等概念，用于反硝化作用的酶和電子介體(染料)被固定于陰極表面，發(fā)現(xiàn)電極為其上所固定的酶提供了還原能力。之后，Sakakibara等以反硝化菌代替反硝化酶，開(kāi)發(fā)出生物膜.電極反應(yīng)器BER，并用于脫氮研究，拉開(kāi)了 BER脫氮工藝的序幕。從最初的分隔型反應(yīng)器改進(jìn)到筒型反應(yīng)器，他們建立了電極生物膜反硝化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)生物模型，并總結(jié)了碳棒陽(yáng)極反應(yīng)對(duì)脫氮的積極影響。2002年，Prosnansky等對(duì)反應(yīng)器形式進(jìn)行了改進(jìn)，陰極使用活性炭顆粒作為電極材料，陽(yáng)極和陰極之間用橡膠海綿層進(jìn)行分隔，從而有效地阻止氧氣和氫氣的混合。但是，目前電極-生物膜法在處理高濃度N0廢氣時(shí)，仍存在傳質(zhì)效率不高、處理率的問(wèn)題，有待于對(duì)電極材料、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，并提供一種基于電極-超重力生物轉(zhuǎn)盤(pán)的一體化反應(yīng)器及其處理方法。具體技術(shù)方案:
[0005]—種基于電極-超重力生物轉(zhuǎn)盤(pán)的一體化反應(yīng)器，包括殼體、中心軸、旋轉(zhuǎn)接頭、抽液栗、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、中空纖維膜、電機(jī)、回流管、進(jìn)液管、臭氧發(fā)生器、隔板、回流栗、進(jìn)液室、出液室、排氣管、抽氣栗、出液管、進(jìn)氣管；
[0006]中心軸沿殼體的軸心設(shè)置并貫穿殼體，且軸體由同軸雙層套管組成并分為兩部分，外層環(huán)形腔為氣道，中心為液道；殼體內(nèi)部由隔板分隔為若干個(gè)相通的腔室，每個(gè)腔室頂部均與排氣管連通，排氣管上設(shè)有抽氣栗，最左側(cè)和最右側(cè)分別為進(jìn)液室和出液室，進(jìn)液室、出液室通過(guò)回流管相連，回流管上設(shè)有用于提供回流動(dòng)力的回流栗，進(jìn)液室還與進(jìn)液管相通；其余每個(gè)腔室內(nèi)設(shè)有兩片固定于中心軸上且分別連接電源正負(fù)極的生物轉(zhuǎn)盤(pán)，作為掛膜載體的同時(shí)用作配對(duì)電極；兩片生物轉(zhuǎn)盤(pán)中間設(shè)有若干條環(huán)繞中心軸設(shè)置的中空纖維膜，中空纖維膜一端封閉，另一端穿過(guò)中心軸外壁與液道相通，使殼體內(nèi)液體經(jīng)過(guò)中空纖維膜過(guò)濾后通過(guò)液道排出；兩片生物轉(zhuǎn)盤(pán)中間的氣道外壁開(kāi)有通孔，使管內(nèi)氣體排入兩片生物轉(zhuǎn)盤(pán)之間；電機(jī)設(shè)置于中心軸一端，用于驅(qū)動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤(pán)及中空纖維膜隨中心軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；進(jìn)氣管一端和出液管一端通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭分別與中心軸的氣道和液道相連，出液管另一端連接抽液栗，進(jìn)氣管另一端連接臭氧發(fā)生器。
[0007]作為優(yōu)選，所述的生物轉(zhuǎn)盤(pán)采用石墨板作為材料，其中作為陰極的生物轉(zhuǎn)盤(pán)在石墨板外鍍活性炭纖維。
[0008]作為優(yōu)選，所述的生物轉(zhuǎn)盤(pán)在石墨板及活性炭纖維之間還設(shè)有用于維持生物轉(zhuǎn)盤(pán)表面溫度的恒溫發(fā)熱層。
[0009]作為優(yōu)選，兩片生物轉(zhuǎn)盤(pán)之間同軸設(shè)置有若干個(gè)半徑不一且絕緣的圓環(huán)形固定件，中空纖維膜穿過(guò)內(nèi)圈的圓環(huán)形固定件，且一端固定于最外圈的圓環(huán)形固定件上，使中空纖維膜在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于生物轉(zhuǎn)盤(pán)不會(huì)發(fā)生位移。
[0010]作為優(yōu)選，每隔一個(gè)腔室內(nèi)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有共軸反轉(zhuǎn)裝置，使位于相鄰兩個(gè)腔室內(nèi)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)呈相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]作為優(yōu)選，生物轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)軸承固定于中心軸上，軸承一側(cè)的中心軸外壁一周設(shè)有輪齒，生物轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有與中心軸同軸的內(nèi)齒輪，內(nèi)齒輪與中心軸外壁的輪齒之間通過(guò)傳動(dòng)齒輪配合連接；其中隔板兩側(cè)的兩個(gè)腔室中，一個(gè)腔室內(nèi)的傳動(dòng)齒輪為2個(gè)，另一個(gè)腔室內(nèi)的傳動(dòng)齒輪為3個(gè)，且傳動(dòng)齒輪均相同，由中心軸外壁的輪齒依次向內(nèi)齒輪傳動(dòng)。
[0012]作為優(yōu)選，所述的隔板為伸縮式隔板，包括固定板和延長(zhǎng)板，固定板沿橫截面設(shè)置并固定于殼體上，且固定板一端與殼體間留有空隙；延長(zhǎng)板嵌套于固定板內(nèi)，且與推動(dòng)裝置相連，推動(dòng)裝置用于將延長(zhǎng)板推出并填滿固定板一端與殼體間的空隙，使隔板兩側(cè)的腔室相互隔離。
[0013]作為優(yōu)選，所述的隔板上均勻開(kāi)設(shè)若干排通孔，用于使隔板兩側(cè)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)能形成配對(duì)電極的同時(shí)，減少隔板兩側(cè)腔室內(nèi)廢水在生物轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的水力干擾。
[0014]作為優(yōu)選，所述的中空纖維膜采用干濕紡絲法，其具體步驟如下:
[0015]鑄膜液的原料為:
[0016]聚合物:聚砜(PES) /聚偏氟乙烯(PVDF) 20?30 %
[0017]溶劑:N-甲基吡咯烷酮(NMP) 60 %?80 %
[0018]添加劑:聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/聚乙二醇(PEG) 1?5%
[0019]將上述原料配制成鑄膜液，在油浴65°C中攪拌24h，抽真空，靜置12h脫泡；
[0020]以去離子水為芯液并進(jìn)行凝固浴，再進(jìn)行紡絲，得到中空纖維膜，紡絲工藝條件為:
[0021]鑄膜液溫度:35?55 °C
[0022]凝固浴溫度:20?30 °C
[0023]噴絲頭與凝固浴液面的空氣間隙:10?20cm
[0024]料液罐壓力:0.01?0.05MPa
[0025]芯液流速:20?25mL/min。
[0026]—種使用所述反應(yīng)器同步去除含氮廢水廢氣的方法，包括如下步驟:
[0027]1)向反應(yīng)器中注入待處理廢水和污泥，進(jìn)行污泥培養(yǎng)、富集、馴化，并使生物轉(zhuǎn)盤(pán)、中空纖維膜掛膜；
[0028]2)通過(guò)進(jìn)液管向反應(yīng)器內(nèi)注滿含氮廢水后停止進(jìn)水；
[0029]3)將含氮廢氣通入接有臭氧發(fā)生器，將N0氧化為N02，同時(shí)產(chǎn)生氧氣；
[0030]4)隔板中的延長(zhǎng)板伸出，使相鄰的腔室隔開(kāi)；再控制生物轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)形成超重力水流，同時(shí)將步驟3)氧化后的混合氣體從進(jìn)氣管通過(guò)中心軸的氣道進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，并由通氣孔將廢氣從兩片生物轉(zhuǎn)盤(pán)間排出，被中空纖維膜打散為微小氣泡，利用超重力水流延長(zhǎng)氣液接觸時(shí)間和加速氮氧化物的傳質(zhì)速率，使廢氣中的含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)換為N03，同時(shí)利用廢氣中的氧氣為生物膜上微生物的硝化作用供氧，凈化后的氣體由頂部排氣管排出，抽氣栗抽氣速率與進(jìn)氣管進(jìn)氣速率一致；
[0031]5)當(dāng)廢水中N03含量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，降低中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)速率至10?50rpm，同時(shí)將延長(zhǎng)板收回隔板中，使相鄰的腔室相連；利用共軸反轉(zhuǎn)裝置使相鄰的不同腔室內(nèi)的生物轉(zhuǎn)盤(pán)以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，不同腔室內(nèi)的水流能形成弦型連續(xù)水流，并到達(dá)最后一個(gè)腔室時(shí)由回流管和回流栗重新抽至第一個(gè)腔室；同時(shí)利用恒溫發(fā)熱層調(diào)節(jié)生物轉(zhuǎn)盤(pán)表面及反應(yīng)器內(nèi)的溫度至預(yù)設(shè)值；
[0032]6)停止將步驟3)氧化后的混合氣體通入反應(yīng)器，使廢水中溶解氧含量降低；對(duì)同一腔室中的兩片生物轉(zhuǎn)盤(pán)通電，使其形成配對(duì)電極，中空纖維膜上形成的生物膜利用電極反應(yīng)提供的電子進(jìn)行反硝化作用，將硝酸根和亞硝酸根轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，產(chǎn)生的氮?dú)庥膳艢夤芘懦觯?br>[0033]7