電解強化反硝化生物膜脫氮工藝的裝置的制作方法

文檔序號:11094745
電解強化反硝化生物膜脫氮工藝的裝置的制造方法

本發明屬于廢水處理技術領域,具體講就是涉及一種電解強化反硝化生物膜脫氮工藝的裝置,采用電化學與生物法相結合的技術處理垃圾滲濾液。



背景技術:

垃圾滲濾液屬于一種低碳氮比的高氨氮有機廢水,危害性極大,通常采用“生化+MBR+NF/RO”工藝進行處理,該工藝的納濾出水中經常含有一定量的總氮(主要是硝酸鹽氮),無法達到現有的嚴格環保標準,尤其是晚期填埋場的垃圾滲濾液納濾出水。因此,垃圾滲濾液納濾出水的深度脫氮技術亟待需要開發出來。

電極生物膜技術是將電化學法與生物膜法相結合而發展起來的一種新型的脫氮技術,即通過馴化掛膜,微生物固定于陰極表面形成反硝化生物膜,在外加電流的作用下電解水產生氫氣,這些氫及電子在透過陰極表面時被生物活性物質捕獲,在生物酶的作用下作為電子供體參與到硝酸鹽氮的還原反應中去,從而實現自養反硝化脫氮。該技術具有總氮去除效率高、運行穩定、抗沖擊能力強、操作簡便靈活等優點,在反硝化脫除水中硝酸鹽氮方面已成為國內外研究熱點。

較早出現的電極生物膜工藝為二維電極生物膜工藝,由于這種工藝僅僅在陰極上附著反硝化菌,其生物量較少,脫氮效果差;為了提高生物量,后來出現了三維電極生物膜工藝,這種工藝較二維電極而言,增加了載體(第三電極-陰極),從而增加了生物量,但不管是二維電極生物膜還是三維電極生物膜,二者均是在同一個反應器內進行,均是通過在陰極上附著反硝化菌進行脫氮,這種方式附著的反硝化菌量均有限,相比于現有的大比表面的生物填料式的生物膜反應器而言,微生物濃度低(常低于5g/L),總氮容積負荷低(常低于0.2kg/m3·d),這也就是電極生物膜工藝僅僅用來處理地下水、飲用水等低濃度硝酸鹽氮廢水,而沒有實例用來處理實際的高濃度硝酸鹽氮廢水的原因。因此,開發處理高濃度廢水的高效電極生物膜工藝及裝置具有極其重要的應用價值。



技術實現要素:

為了既能得到現有的生物膜反應器中的高濃度的生物量,又能充分利用電解反應過程中產生的氫氣作為電子供體,節省外加碳源的優點,本發明提供的電解強化反硝化生物膜脫氮工藝的裝置,在原有的一體化的電極生物膜反應器的基礎上進行了改進,即將電解系統與生物膜系統分開設置為兩個獨立的單元,先通過電解過程產生氫氣,然后將溶解有氫氣的廢水導入生物膜系統,生物膜系統中高濃度的反硝化微生物充分利用氫氣和外加的少量碳源作為電子供體,在缺氧的條件下將硝酸鹽氮最終還原為氮氣,脫氮效率顯著提高。

技術方案

為了實現上述技術目的,本發明設計一種電解強化反硝化生物膜脫氮工藝的裝置,其特征在于:它主要包括包括碳源箱、原水池、電解池、生物膜反應器、產水池。

原水池與電解池連接,連接管路上裝有進水泵;電解池的輸出端與生物膜反應器連接,同時,碳源箱的輸出端與生物膜反應器連接,連接管路上裝有加藥泵;生物膜反應器的出水端與產水池連接,同時,生物膜反應器的出水端連接回電解池的進水端,連接管路上裝有回流泵。

進一步,所述電解池中平行設置了多對陰極板和多對陽極板,其中,陰極板采用不銹鋼板或鍍鎳金屬板,陽極板采用高純石墨板,且陰極板與電源的負極通過導線連接,陽極板與電源的正極通過導線連接。

進一步,所述生物膜反應器中設有親水性強、大比表面積的纖維填料,纖維填料的直徑為2~10cm。

有益效果

本發明通過將電解系統與生物膜系統分開設置為兩個獨立的單元,充分利用電解系統產生的氫氣作為電子供體進行反硝化脫氮,節省外加碳源量,同時利用了電解過程中的氧化反應來提高廢水的生化性,然后在高濃度生物量(10~20kg/m3)的反應系統中進行反硝化脫氮,總氮容積負荷可達到0.3kg/m3·d以上,脫氮效率高,運行穩定。相比于單一的生物膜反應器而言,本發明可處理可生化性差的硝酸鹽氮廢水,并節省碳源,運行成本低;相比于傳統的電極生物膜系統而言,本發明的微生物量大,總氮容積負荷高,具有廣闊的應用前景。

附圖說明

附圖1是本發明實施例的工藝流程圖。

附圖2是本發明實施例的設備連接關系示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例,對本發明做進一步說明。

實施例

如附圖2所示,一種電解強化反硝化生物膜脫氮工藝的專用裝置,其特征在于:它主要包括碳源箱1、原水池3、電解池5、生物膜反應器9、產水池12。

原水池3與電解池5連接,連接管路上裝有進水泵4;電解池5的輸出端與生物膜反應器9連接,同時,碳源箱1的輸出端與生物膜反應器9連接,連接管路上裝有加藥泵2;生物膜反應器9的出水端與產水池12連接,同時,生物膜反應器9的出水端連接回電解池5的進水端,連接管路上裝有回流泵11。

進一步,所述電解池5中平行設置了多對陰極板6和多對陽極板7,其中,陰極板6采用不銹鋼板或鍍鎳金屬板,陽極板7采用高純石墨板,且陰極板6與電源8的負極通過導線連接,陽極板7與電源8的正極通過導線連接。

進一步,所述生物膜反應器9中設有親水性強、大比表面積的纖維填料10,纖維填料10的直徑為2~10cm。

利用上述裝置進行電解強化反硝化生物膜脫氮工藝過程如下:

第一步,垃圾滲濾液納濾處理后的出水主要含有硝酸鹽氮(100~500mg/L)和有機物(COD在60mg/L以下)是典型的低碳氮(C/N)比廢水。該廢水泵入電解系統后,在常溫條件下,控制電流密度在0.4~1.4A/m2之間,陽極發生氧化反應主要生成二氧化碳,陰極發生還原反應主要生成氫氣,短時間內二者主要以氣體形式溶解在水中,得到含有氫氣和二氧化碳的混合廢水。

第二步,第一步中溶解有氫氣和二氧化碳的混合廢水迅速進入生物膜反應系統,在20~35℃、缺氧的條件下,生物膜上附著的反硝化細菌利用氫氣和碳源作為電子供體,將硝酸鹽氮氧化為氮氣逸出系統,最終出水總氮降低至20mg/L以下。其中,生物膜系統的出水部分回流至電解系統,一方面是為了充分利用水中的氫氣作為電子供體進行反硝化,節省外加碳源量,節約運行成本;另一方面是起到對廢水稀釋的作用,提高脫氮效率。

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