一種連續流一體化電極生物膜反應器及去除硝酸鹽的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水處理技術的應用領域，具體涉及一種連續流一體化電極生物膜反應器及去除硝酸鹽的工藝。
【背景技術】
[0002]隨著工農業和社會經濟的迅速發展，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重。我國大多數地區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的水，能引起變性血色素癥，并使得肝癌、食道癌、胃癌的發病率增高。目前，GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》中規定硝酸鹽限值為1mg/L，但許多地區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]現階段比較成熟的脫硝方法可以分為物理法、化學法和生物法。其中，生物反硝化被認為是最有潛力的脫硝方法。根據反硝化細菌所需碳源不同，生物反硝化又分為異養反硝化和自養反硝化。異氧反硝化具有反應速度快的優點，但是，若添加的有機碳源不夠，則水中亞硝酸鹽氮便會大量積累，若添加的碳源過量，則殘留的有機碳源會帶來二次污染問題；自養反硝化利用無機碳源，采用氫氣或硫的化合物做為無機電子供體，硝酸鹽作為電子受體，在自養反硝化細菌的作用下轉化為無害氮氣。隨著研宄的深入，部分學者在自養反硝化基礎上提出了電極生物膜法的概念。電極生物膜反硝化是一個電化學作用和生物反硝化作用相結合的過程，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生氫氣(H2)，生物膜上的反硝化菌部分利用廢水中的有機物做電子供體，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，并最終還原為氮氣(N2)。電極生物膜反硝化的基本反應原理如下:其中采用碳質陽極時，會產生二氧化碳(如方程I)，可用于維持反應器的中性環境，采用金屬陽極時，會產生氧氣(如方程2)，可用于硝化反應。陽極常見的反應方程式:
[0004]C+2H20 — C02+4H++4e_ (I)
[0005]2H20 — 02+4H++4e_ (2)
[0006]陰極反應方程式:
[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，電極生物膜法的優點主要是將生物法和電化學法有機結合，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特點結合起來，促進了反硝化的進行。
[0011]目前，電極生物膜反應器的形式主要還是單筒式或板式電極反應器，沒有將陽極室與陰極室分隔開，當采用金屬陽極時，產生的氧氣容易在陰極生物膜附近形成好氧環境，導致溶解氧濃度過高不利于反硝化的進行；其次，反應器陰極普遍采用固定電極，需要外加攪拌裝置促進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器做進一步的改進。
【發明內容】
[0012]基于現有技術的不足，本發明要解決的技術問題之一是提供一種連續流一體化電極生物膜反應器，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物并有效防止陰極室細菌流入到陽極室。陰極室連接吸附室進行吸附過濾，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達到排放標準。
[0013]本發明要解決的技術問題之二是提供一種去除硝酸鹽的工藝。
[0014]為實現上述目的，本發明采取如下技術方案:
[0015]一種連續流一體化電極生物膜反應器，包括圓柱形的陽極室(4)、陰極室(14)和吸附室(17)，其特征在于:進水經恒流泵(5)和進水閥門(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)沉淀過濾后經出水閥門(15)排出。
[0016]作為上述技術方案的進一步改進:
[0017]所述反應器陽極室含有排氣孔和棒狀陽極。
[0018]所述反應器陰極室含有片狀陰極，可以在增力攪拌器作用下旋轉。
[0019]所述片狀陰極材料為石墨片、碳纖維片、及惰性金屬片。
[0020]所述反應器隔膜可采用石棉纖維、質子交換膜或合成纖維材料。
[0021]所述反應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]所述反應器外加電源采用穩壓電源或恒電位儀。
[0023]本發明同時提供一種處理硝酸鹽的工藝，其使用了上述的連續流一體化電極生物膜反應器作為處理載體。
[0024]本發明的工作步驟為:(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，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，再連續進不含污泥的污水，并逐漸加大進水量，完成陰極掛膜。(2)馴化培養期間，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，同時控制電流強度和水力停留時間，實現反應器的連續運行和較好的處理效果。
[0025]本發明的具體工作過程詳見【具體實施方式】部分。
[0026]本發明具有如下優點:
[0027](I)將隔膜應用到電極生物膜系統中，其優點一是可以分離陰極室和陽極室的降解產物，提高系統負荷；二是陽極采用金屬電極時，可以阻止陽極電解產生的氧氣進入陰極室，使陰極室形成缺氧和厭氧環境，促進反硝化的進行，三是防止陰極還原產生的中間產物如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葉片型，可以緩慢旋轉，不需要外加攪拌設備，簡化了操作步驟、易于運行維護。
[0029](3)反應器的吸附室可以進行吸附過濾，可以有效截留陰極室出水中的污泥和懸浮物。
[0030](4)電極生物膜技術將電解產氫和自養微生物還原處理相結合，反應不需有機碳源，且氫氣由陰極電解水產生，系統具有運行管理方便、處理效果好等優點。
[0031]下面結合附圖詳細說明本發明，其作為本說明書的一部分，通過實施例來說明本發明的原理，本發明的其它方面、特征及其優點通過該詳細說明將會變得一目了然。
【附圖說明】
[0032]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0033]圖1為本發明連續