一種氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣水異向三維流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法。氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)的生物濾料層位于三維粒子電極層下部，三維粒子電極層的周圍連通主電極陽(yáng)極，中間連接主電極陰極，催化粒子電極填充于主電極之間，曝氣出水室接有曝氣裝置，整個(gè)系統(tǒng)的氣水異向流動(dòng)，氣體由下而上，水由上而下。本發(fā)明的凈水方法，包括如下步驟：（1）原水進(jìn)入配水室；（2）三維電催化氧化；（3）物理過濾、截留；（4）好氧生物處理；（5）同時(shí)，氣體在生物濾料層、三維粒子電極層內(nèi)與由上而下的污水進(jìn)行充分的接觸；（6）出凈水。本發(fā)明的凈水系統(tǒng)在三維電催化氧化、物理過濾、好氧處理的相互作用下，達(dá)到預(yù)定的處理效果，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
【專利說明】一種氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種可用于污水處理的氣水異向流三 維電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市污水中含有的難降解有機(jī)物不斷增多，一方面以去除有機(jī) 物及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為目的的傳統(tǒng)污水處理工藝不能完全將其去除，造成受納水體及剩余污泥接 收地的污染，進(jìn)而影響城市水廠水源水和地下水水質(zhì)；另一方面，常規(guī)混凝、沉淀、過濾給水 處理工藝對(duì)相當(dāng)一部分物質(zhì)沒有明顯的去除效果。因此，開展城市污水處理技術(shù)研究，對(duì)于 控制難降解有機(jī)物排放、避免潛在的生態(tài)環(huán)境危機(jī)具有極其重要的意義。
[0003] 化學(xué)處理法利用化學(xué)反應(yīng)的作用，轉(zhuǎn)化、分離污水中的雜質(zhì)，主要包括化學(xué)試劑氧 化法、化學(xué)試劑混凝法和電化學(xué)法，其中電化學(xué)法具有適應(yīng)性廣、操作簡(jiǎn)便靈活、無需添加 氧化還原劑，對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，電化學(xué)技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，特別是在電力工業(yè)的 發(fā)展，傳質(zhì)理論、材料科學(xué)和試驗(yàn)儀器改進(jìn)的基礎(chǔ)上，該技術(shù)逐步成為一種應(yīng)用日漸廣泛的 城市生活污水處理技術(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。電化學(xué)實(shí)質(zhì)是在電極表面進(jìn)行的非均相反 應(yīng)，但是傳統(tǒng)的電化學(xué)技術(shù)是以二維電極為基礎(chǔ)的，反應(yīng)物必須到達(dá)界面才能參與反應(yīng)， 普通的二維平板不易實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而粒子電極卻可有效增大電極表面積，促進(jìn)反應(yīng)物 的遷移，加快反應(yīng)速率.因此，近年來人們研究的熱點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向利用三維粒子電極進(jìn)行 廢水處理。三維粒子電極是在傳統(tǒng)的二維電解槽電極間裝填粒狀或其它碎屑狀工作電極材 料，使裝填工作材料表面帶電，成為新的一極（第三極），在工作電極材料表面能發(fā)生電化 學(xué)反應(yīng)。適用于廢水電導(dǎo)率低，電解反應(yīng)速度慢的場(chǎng)合和本身反應(yīng)速率低或系統(tǒng)中極限電 流密度小的反應(yīng)體系。
[0004] 生物法是目前廢水處理中運(yùn)用最為成熟的工藝之一，但對(duì)復(fù)雜的有毒有害污染物 降解速率緩慢，分解不徹底，更甚者會(huì)因中毒而失去相應(yīng)活性。電化學(xué)法可快速高效地將難 降解高分子有機(jī)物氧化成低分子有機(jī)物或礦化成二氧化碳，其處理能力強(qiáng)且操作簡(jiǎn)單，但 存在能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高等不足。如何將兩者有效結(jié)合，是目前水處理行業(yè)急需解決的一個(gè) 問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于解決上述的問題，提供了一種氣水異向流三維電生物耦合凈水 系統(tǒng)及凈水方法。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明包括配水區(qū)，異向流三維電生物耦合池，曝氣出水室。
[0007] 所述的異向流三維電生物耦合池包括三維粒子電極層和生物濾料層，三維粒子電 極層位于生物濾料層上部，周圍連通主電極陽(yáng)極，中間連接主電極陰極，主電極陽(yáng)極和主電 極陰極分別為鈦網(wǎng)和不銹鋼，催化粒子電極填充于主電極之間，三維粒子電極層處理后的 水通過塑料多孔板從三維粒子電極層下部進(jìn)入生物濾料層，生物濾料層底部與承托層連 接，承托層通過塑料多孔板與曝氣出水室相連通，氣水在凈水系統(tǒng)中異向流動(dòng)，氣體由下而 上,水由上而下。
[0008] 所述的異向流三維電生物耦合池為圓柱型，三維粒子電極層和吸生物濾料層直徑 形同，高度比為3:10,分別裝填3-5_鋅鋁廢渣基粒子電極和3-5_多孔復(fù)合粉煤灰濾料。 [0009] 所述的曝氣出水室安裝有曝氣盤、曝氣管、反沖洗進(jìn)水管、出水管，空氣壓縮機(jī)和 曝氣管連接，反沖洗水泵和反沖洗進(jìn)水管連接。
[0010] 一種采用上述所述的一種氣水異向流三維電生物耦合凈水方法，包括如下步驟： (1)向高位水箱引入污水，進(jìn)入配水區(qū)；（2)向曝氣出水室通入壓縮空氣，氣水體積比為 5:1-3:1 ;(3)污水經(jīng)過配水區(qū)，進(jìn)入三維粒子電極層，再經(jīng)過生物濾料層，最后從曝氣出水 室中流入凈水出水管排出；（4)同時(shí)，氣體通過曝氣出水室，進(jìn)入生物濾料層，再經(jīng)過三維 粒子電極層，最后沒有利用的氣體從配水區(qū)逸出；（5)在三維粒子電極層，直流電源通過陽(yáng) 極線、陰極線分別和鈦網(wǎng)、不銹鋼電極相連，提供0-12V電壓，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；（6)運(yùn)行一 段時(shí)間后對(duì)異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，先氣洗3分鐘，然后同時(shí)水洗和 氣洗5分鐘，再水洗8分鐘。
[0011] 本發(fā)明的有益效果：污水首選通過電催化降解后，改變污水的水質(zhì)使其更容易被 好氧生物所利用，從而提高整個(gè)反應(yīng)器的處理效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明一種氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)流程圖，結(jié)合本圖做進(jìn)一 步的說明。
[0013] 附圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0014] 圖1中：1直流電源，2陽(yáng)極線，3陰極線，4粒子電極，5濾料，6塑料多孔板，7空 氣壓縮機(jī)，8曝氣盤，9反沖洗泵，10凈水出水管，11鈦網(wǎng)，12不銹鋼電極，13曝氣出水室，14 生物濾料層，15三維粒子電極層，16高位水箱，17污水管，18反沖洗出水管，19反沖洗進(jìn)水 管，20曝氣管，21配水區(qū)，22承托層。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例一： 附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例，該實(shí)施例包括高位水箱13中的污水經(jīng)污水管17進(jìn) 入配水區(qū)21，配水區(qū)21中的污水進(jìn)入三維粒子電極層15,三維粒子電極層15外部接有直 流電源1，直流電源1通過陽(yáng)極線2、陰極線3分別和三維粒子電極層15內(nèi)的鈦網(wǎng)11、不銹 鋼電極12相連，經(jīng)過三維粒子電極層15處理后的水進(jìn)入生物濾料層14,經(jīng)過生物濾料層 14處理后的水進(jìn)入曝氣出水室13,最后從曝氣出水室13中流入凈水出水管10排出，同時(shí)， 空氣壓縮機(jī)7通過曝氣管對(duì)曝氣盤8充氣，氣體依次經(jīng)過曝氣出水室13、承托層22、生物濾 料層14、三維粒子電極層15、配水區(qū)21，最后沒有利用的氣體從配水區(qū)21逸出。
[0016] 將高位水箱13中的污水經(jīng)污水管17進(jìn)入配水區(qū)21，配水區(qū)21中的污水進(jìn)入三維 粒子電極層15,內(nèi)填鋅鋁廢渣基粒子電極4,高度300mm，三維粒子電極層15外部接有直流 電源1，直流電源1通過陽(yáng)極線2、陰極線3分別和三維粒子電極層15內(nèi)的鈦網(wǎng)11、不銹鋼 電極12相連，經(jīng)過三維粒子電極層15處理后的水進(jìn)入生物濾料層14,濾料為多孔復(fù)合粉煤 灰濾料5,高1000mm，經(jīng)過生物濾料層14處理后的水進(jìn)入曝氣出水室13,最后從曝氣出水室 13中流入凈水出水管排出10,同時(shí)，空氣壓縮機(jī)7通過曝氣管對(duì)曝氣盤8充氣，氣體依次經(jīng) 過曝氣出水室13、承托層22、生物濾料層14、三維粒子電極層15、配水區(qū)21，最后沒有利用 的氣體從配水區(qū)21逸出，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的水頭損失時(shí)，對(duì)異向流三維電生物耦合系統(tǒng)進(jìn)行反 沖洗，首先由空氣壓縮機(jī)7進(jìn)行氣洗，然后打開反沖洗水泵9加壓對(duì)氣水異向流三維電生物 耦合凈水系統(tǒng)進(jìn)行氣水聯(lián)合沖洗，之后關(guān)閉空氣壓縮機(jī)7,再用反沖洗水泵9加壓對(duì)氣水異 向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)進(jìn)行水洗，反沖洗的水經(jīng)反沖洗出水管18排出。
[0017] 采用上述一種氣水異向流三維電生物耦合凈水方法包括如下步驟：（1)進(jìn)水水力 負(fù)荷為6m 3/m2_h，經(jīng)過污水管進(jìn)入配水區(qū)21 ; (2)向曝氣出水室13通入壓縮空氣，空氣壓縮 機(jī)壓力0. 3MPa，氣水體積比為5:1 ;(3)污水經(jīng)過配水區(qū)21，進(jìn)入三維粒子電極層15,再經(jīng) 過生物濾料層14,最后從曝氣出水室13中流入凈水出水管10排出（4)同時(shí)，氣體通過曝氣 出水室13,進(jìn)入生物濾料層14,再經(jīng)過三維粒子電極層15,最后沒有利用的氣體從配水區(qū) 21逸出；（5)在三維粒子電極層15,直流電源1通過陽(yáng)極線2、陰極線3分別和鈦網(wǎng)11、不 銹鋼電極12相連，提供12V電壓，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；（6)運(yùn)行一段時(shí)間后對(duì)氣水異向流三維 電生物耦合凈水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，先氣洗3分鐘，然后同時(shí)水洗和氣洗5分鐘，再水洗8分 鐘。
[0018] 實(shí)施例二： 本具體實(shí)施例的氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)與具體實(shí)施例一的氣水異向流 三維電生物耦合凈水系統(tǒng)相同。
[0019] 本凈水方法與具體實(shí)施例一凈水方法區(qū)別在于：曝氣的氣水體積比為4:1。
[0020] 實(shí)施例三： 本具體實(shí)施例的氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)與具體實(shí)施例一的氣水異向流 三維電生物耦合凈水系統(tǒng)相同。
[0021] 本凈水方法與具體實(shí)施例一凈水方法區(qū)別在于：曝氣的氣水體積比為3:1。
【權(quán)利要求】
1. 一種氣水異向流三維電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：該系統(tǒng)由配水 區(qū)，異向流三維電生物耦合池，曝氣出水室構(gòu)成；異向流三維電生物耦合池設(shè)三維粒子電極 層（15)、生物濾料層（14)，三維粒子電極層（15)位于生物濾料層（14)上部；三維粒子電極 層（15)外部接有直流電源（1)，直流電源（1)通過陽(yáng)極線（2)、陰極線（3)分別和三維粒子電 極層（15)內(nèi)的鈦網(wǎng)（11)、不銹鋼電極（12)相連；曝氣出水室（13)通過塑料多孔板（6)與 承托層（22)連接；氣水在凈水系統(tǒng)中異向流動(dòng)，氣體由下而上，水由上而下。
2. 權(quán)利要求1所述的氣水異向流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：所述 的曝氣出水室（13)安裝有曝氣盤（8)、曝氣管（20)、反沖洗進(jìn)水管（19)、凈水出水管（10)， 空氣壓縮機(jī)（7 )和曝氣管（20 )連接，反沖洗水泵（11)和反沖洗進(jìn)水管（19 )連接。
3. 權(quán)利要求1所述的氣水異向流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：三維 粒子電極層（15)置于生物濾料層（14)之上，其高度比為為3:10。
4. 權(quán)利要求1所述的氣水異向流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：維粒 子電極層（15)的周圍連通主電極陽(yáng)極，中間連接主電極陰極，催化粒子電極填充于主電極 之間。
5. 權(quán)利要求1所述的氣水異向流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：三維 粒子電極層（15 )填充為鋅鋁廢渣基粒子電極（4 )。
6. 權(quán)利要求1所述的氣水異向流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：三維 粒子電極層（15)、生物濾料層（14)串聯(lián)由上至下組合，將電催化和生物作用耦合在一個(gè)反 應(yīng)器內(nèi)，加強(qiáng)了整體的處理效果。
7. 權(quán)利要求1所述的氣水異向流電生物耦合凈水系統(tǒng)及凈水方法，其特征在于：生物 濾料層（14)填充為多孔復(fù)合粉煤灰濾料（5)。
【文檔編號(hào)】C02F1/46GK104118966SQ201410313373
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】于衍真, 馮巖, 郭玉中, 楊雅文, 宋亭 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)