一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置。
【背景技術】
[0002]污水處理技術領域中，厭氧生物處理工藝因具有容積負荷率高、剩余污泥少、動力消耗少、生物脫毒作用和改善廢水可生化性等優點而得到廣泛的推廣應用。其中，目前應用最廣泛、技術最成熟的高效厭氧反應器是上流式厭氧污泥床反應器(UASB)。然而，隨著社會工業化進程的加快，工業廢水的排放量及種類日益增加，廢水處理需求隨之增大。在UASB體系中，可實現硝基芳香族化合物、氯代有機物等難降解氧化態污染物的還原降解。然而，應用于含難降解氧化態污染物還原預處理的UASB系統存在啟動時間長、系統易酸化、還原速率低、電子供體消耗量大等問題，其應用受到了很大的局限。
[0003]近年來，生物電化學體系(B1electrochemical system, BES)因其出眾的污水處理效率及能夠同時回收污水中能源的特性，被國內外研宄者廣泛應用于污水處理領域。研宄發現，利用BES陰極電位可調控的特性，BES陰極區域的還原反應可定向發生，因此BES系統可達到較傳統UASB更高的還原效率，并可減少共基質的消耗量。
[0004]常規BES多為雙室型生物電化學反應器，存在的主要問題是陰陽兩極距離較大，導致反應器內阻增加，影響反應器的性能；購買及維護用于分隔陰陽兩個電極室的離子交換膜成本較高。此外，如若進一步放大反應器，則陰陽極距離進一步增大，不利于質子和電子傳遞，且內阻增加，不利影響更加顯著；同時大規模的使用離子交換膜將進一步增加反應器構建成本。這些因素極大地限制了雙室型BES的擴大化及工程化。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，將BES技術直接引入成熟的UASB系統，構建電增強上流式厭氧污泥床反應裝置(UASB-BES)，以期實現難降解工業廢水的強化還原預處理。
[0006]實現本發明目的的技術解決方案為:一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于:包括UASB和電極組，電極組包括電極上部支架、電極下部支架和N個電極，N多1，電極組置于UASB的污泥反應區，N個電極之間其頂部通過電極上部支架連接固定，底部通過電極下部支架連接固定，電極下部支架固定在UASB底部。
[0007]上述UASB外壁還設有電極導線出口，電極組的導線從電極導線出口伸出。
[0008]上述電極的陽極材料為裝載鐵刨花的圓筒狀鈦籃，陰極材料為包裹石墨氈的圓筒狀304不銹鋼網，陽極材料插入圓筒狀陰極材料內；電極組中的電極排布方式為直線形或環形。
[0009]上述電極組中的電極排布方式優選環形排布。
[0010]上述電極上部支架和電極下部支架均不導電。
[0011]本發明與現有技術相比，其顯著優點:(1)本發明所述的反應裝置內，厭氧生物還原過程經由電場強化，具有高效性和定向性，有效避免了中間有毒代謝產物的積累，提高了厭氧處理效率。
[0012](2)本發明所述的反應裝置以成熟的UASB技術為基礎進行改進，直接引入電化學控制系統，改進后的反應裝置具有結構緊湊、安裝使用維修方便、成本低、易于工程放大的特點，對目前已有的UASB處理工藝進行升級改造具有深遠的意義。
[0013](3)本發明優選采用環形電極排布方式，不僅維持了污泥床內電極的裝填密度，而且保證了電極與污泥的充分接觸，有利于電極與電極表面微生物之間的電子傳遞。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明電增強上流式厭氧污泥床反應裝置的整體示意圖。
[0015]圖2為本發明實施例一的電極排布示意圖。
[0016]圖3為實施例一的廢水處理效果圖。
[0017]圖4為本發明實施例二的電極排布示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0019]結合圖1，本發明的一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置(UASB-BES)，在傳統的UASB基礎上進行改進，包括UASB、電極組12，電極組12包括電極上部支架6、電極下部支架7和電極14，UASB包括反應器筒體1、出水溢流口 2、出水口 3、三相分離器4、三相分離器支架5、氣體排放口 8、回流溢流口 9、回流口 10、第一取樣口 11、第二取樣口 14、布水器15、進水口 16。
[0020]實施例一
[0021 ] 一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置(UASB-BES)，包括UASB和電極組12，UASB采用圓筒型，電極組12包括電極上部支架6、電極下部支架7和9個電極14，9個電極14其中8個呈環形分布，第9個電極14位于環形的中間，電極組12置于UASB的污泥反應區，電極上部支架6和電極下部支架7呈環形，中心設有十字形卡槽，環形區域均勻分布8個卡槽，呈環形分布的8個電極14之間，其頂部通過電極上部支架6的卡槽連接固定，底部通過電極下部支架7的卡槽連接固定，電極下部支架7焊接在UASB底部。位于中心的電極14通過電極上部支架6和電極下部支架7中心的十字形卡槽固定在電極上部支架6和電極下部支架7之間。
[0022]UASB外壁，即反應器筒體I上還設有電極導線出口 13，電極組12中的電極14的導線從電極導線出口 13伸出。
[0023]上述電極14的陽極材料為裝載鐵刨花的圓筒狀鈦籃，陰極材料為包裹石墨氈的圓筒狀304不銹鋼網，陽極材料插入圓筒狀陰極材料內。
[0024]反應器筒體I直徑為2.Sm，高度為5m，有效體積為30m3，筒壁材質為14mm鋼板，筒壁內部統一采用玻璃鋼及瀝青涂料防腐。反應器底部通過進水口 16與進水管、進水泵相連，反應器內部從下往上依次為布水器15、電極組12、三相分離器4、出水溢流口 2、回流溢流口 9及氣體排放口 8。
[0025]結合圖2，陽極材料的鈦籃直徑為40cm，高為160cm ;陰極材料的不銹鋼筒的直徑為50cm，高為160cm。陽極材料插入圓筒狀陰極材料內，兩者間距為5cm，形成一組電極14。電極上部支架6、電極下部支架7由碳鋼彎曲加工而成，表面采用玻璃鋼及瀝青涂料防腐、絕緣。每組電極14分別與直徑2mm鈦導線相連，通過電極導線接出口 13接至外部電路，并由穩壓電源分別控制每組電極上的的外加電流大小。
[0026]本實施例中，所述反應裝置內的接種污泥取自某污水處理廠UASB系統，氧化廢水COD濃度1500mg/L左右，三環唑濃度40mg/L左右。廢水在進水泵的作用下，由進水口 16通入反應器底部，通過布水器15與反應器內泥水均勻混合，并向上流動。控制進水流量為10m3/d，水力停留時間為3d。泥水混合物在污泥反應區與電極材料12充分接觸、反應，污染物降解并產生厭氧氣體，而后繼續上升。氣、液、固三相流體在三相分離器4的作用下，氣體由氣體排放口 8排出；一部分上清液經回流口 10流入回流管道，并由回流泵送回至進水管道，另一部分上清液由出水口 3流出，通過出水管道通往沉淀池，水廠后續工藝將對其作進一步處理；沉淀污泥則返回污泥床區。反應器池壁不同高度處設有第一取樣口 11和第二取樣口 14，方便對反應器內泥樣、水樣進行取樣。運行期間逐步提高外加電流強度至100mA。測試數據如圖3所示，該工廠現有UASB系統中，三環唑的去除效率為9.55% ±2.70% ;而在本發明所述的電增強上流式厭氧污泥床反應裝置(UASB-BES)中，三環唑的去除效率可達到31.49% ±9.31%。經本發明改進，三環唑的去除效率得到明顯提升，便于廢水后續進一步處理。
[0027]實施例二
[0028]本實施例與實施例一不同的是所述的UASB為方柱型，相應電極組12中電極上部支架6、電極下部支架7的形狀及電極14的個數與排布方式也發生改變。結合圖4，電極組12包括電極上部支架6、電極下部支架7和4個電極14，4個電極14兩兩一組，呈直線形平行分布，電極組12置于UASB的污泥反應區，電極上部支架6和電極下部支架7呈十字形并分別設有卡槽，電極頂部通過電極上部支架6的卡槽連接固定，底部通過電極下部支架7的卡槽連接固定，電極下部支架7焊接在UASB底部。其他與實施例一相同。
[0029]本實施例中，氧化廢水COD濃度1600mg/L左右，氯代硝基化合物濃度100mg/L左右。在外加電壓為1.4V的條件下，將廢水通過進水口 17進入布水器16，保持停留時間為5d。電增強上流式厭氧污泥床反應裝置(UASB-BES)中，氯代硝基化合物的去除率為99.30±0.43%，還原產物及脫氯產物的生成率分別為25.51±0.26%和7.40±0.57% ;而對照組UASB內，氯代硝基化合物的去除率為93.89 ±0.37 %，還原產物及脫氯產物的生成率分別為13.56±0.18%和2.38±0.58%。經本發明改進，氯代硝基化合物的去除效率得到提升，其還原產物的得率明顯提高，便于廢水后續進一步處理。
【主權項】
1.一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于:包括UASB和電極組(12)，電極組(12)包括電極上部支架(6)、電極下部支架(7)和N個電極(14)，N多1，電極組(12)置于UASB的污泥反應區，N個電極(14)之間其頂部通過電極上部支架(6)連接固定，底部通過電極下部支架(7)連接固定，電極下部支架(7)固定在UASB底部。
2.根據權利要求1所述的電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于:上述UASB外壁還設有電極導線出口(13)，電極組(12)的導線從電極導線出口(13)伸出。
3.根據權利要求1所述的電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于:上述電極(14)的陽極材料為裝載鐵刨花的圓筒狀鈦籃，陰極材料為包裹石墨氈的圓筒狀304不銹鋼網，陽極材料插入圓筒狀陰極材料內；電極組(12)中的電極(14)排布方式為直線形或環形。
4.根據權利要求3所述的電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于:上述電極組(12)中的電極(14)排布方式優選環形排布。
5.根據權利要求1所述的電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于:上述電極上部支架(6)和電極下部支架(7)均不導電。
【專利摘要】本發明公開了一種電增強上流式厭氧污泥床反應裝置，其特征在于：包括UASB和電極組，電極組包括電極上部支架、電極下部支架和N個電極，N≥1，電極組置于UASB的污泥反應區，N個電極之間其頂部通過電極上部支架連接固定，底部通過電極下部支架連接固定，電極下部支架固定在UASB底部。本發明的優點在于所述的反應裝置內，厭氧生物還原過程經由電場強化，具有高效性和定向性，有效避免了中間有毒代謝產物的積累，提高了厭氧處理效率；直接引入電化學控制系統，改進后的反應裝置具有結構緊湊、安裝使用維修方便、成本低、易于工程放大的特點，對目前已有的UASB處理工藝進行升級改造具有深遠的意義。
【IPC分類】C02F3-28
【公開號】CN104671404
【申請號】CN201510054569
【發明人】沈錦優, 江心白, 婁帥, 王連軍, 陳丹, 李健生, 孫秀云, 韓衛清, 劉曉東, 張麗彬
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月2日