一種一體式廢水處理裝置及其使用方法
【專利摘要】一種一體式廢水處理裝置及其使用方法，屬于廢水處理技術領域，所述一體式廢水處理裝置包括第一管體、第二管體和第三管體，第一管體一側設有廢水進入孔，第三管體一側設有廢水流出孔；第一管體內設有生物陰極，生物陰極表面有厭氧微生物；第二管體內設有填料和微氧曝氣頭；第三管體內設有生物陽極，生物陽極表面有厭氧微生物。所述一體式廢水處理裝置的使用方法如下：廢水流入第一管體，大分子有機物的化學鍵斷裂，分解為小分子物質；廢水流入第二管體，小分子物質分解為易降解有機物；廢水流入第三管體，厭氧微生物將易降解有機物進行分解；廢水從廢水流出孔流出。本發明所述一體式廢水處理裝置占地面積小，可降低廢水中COD，無需二次處理。
【專利說明】
一種一體式廢水處理裝置及其使用方法
技術領域
[0001]本發明屬于廢水處理技術領域，特別是涉及一種一體式廢水處理裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]廢水處理一直是污染治理領域重點關注的問題之一，其中工業廢水的處理更是重中之重，目前的廢水處理方法以厭氧工藝為主，但由于需要后續處理，處理速度較慢。微生物電解池作為一種新技術，可以利用其陰極還原作用，對廢水中的大分子有機物的化學鍵進行還原斷裂，使其降解為小分子，但經此方法處理后的廢水無法完全礦化，化學需氧量(COD)較高，還需要進一步進行礦化處理。接觸氧化法可以較容易對廢水進行礦化，降低廢水中的C0D，但也有設備占地面積較大等不足。因此，如果能研發出一種可以解決現有技術不足的設備，將會使廢水處理進行的更加節能和高效。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種一體式廢水處理裝置及其使用方法，該裝置占地面積小，可以對廢水進行高效的礦化處理，降低廢水中C0D，無需進行二次處理。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0005]—種一體式廢水處理裝置，包括依次連接的第一管體、第二管體和第三管體，所述第一管體一側設有廢水進入孔，所述第三管體一側設有廢水流出孔，廢水由所述第一管體流向所述第三管體;所述第一管體內設有生物陰極，所述生物陰極與外電路相連，所述生物陰極表面附著有厭氧微生物;所述第二管體內設有填料和微氧曝氣頭，所述微氧曝氣頭相對于所述填料更靠近所述生物陰極，所述填料表面附著有微氧好氧微生物;所述第三管體內設有生物陽極，所述生物陽極與外電路相連，所述生物陽極表面附著有所述厭氧微生物。
[0006]所述厭氧微生物為混菌或單一胞外產電菌。
[0007]所述第三管體內靠近生物陽極設有用于測定所述厭氧微生物的生長情況的參比電極。
[0008]所述第一管體的管壁沿水流方向設有多組第一固定孔，所述生物陰極可選擇的固定于其中一組所述第一固定孔，所述第三管體的管壁沿水流方向設有多組第二固定孔，所述生物陽極可選擇的固定于其中一組所述第二固定孔，通過調節所述生物陰極和所述生物陽極的固定位置，以調節所述生物陰極與所述生物陽極之間的距離。
[0009]所述填料為圓筒狀，短于或等于所述第二管體長度。
[0010]所述第一管體的管壁設有第一取樣孔，所述第一取樣孔設在所述生物陰極所在橫截面或順水流遠離所述生物陰極橫截面的位置;所述第二管體的管壁設有第二取樣孔;所述第三管體的管壁設有第三取樣孔，所述第三取樣孔設在所述生物陽極所在橫截面或順水流遠離所述生物陽極橫截面的位置。
[0011]所述第一管體、所述第二管體和所述第三管體的材質為有機玻璃、PVC、玻璃、鋼筋混凝土或鋼材。
[0012]所述第一管體遠離所述第二管體的一側設有第一端蓋，所述第三管體遠離所述第二管體的一側設有第四管體，所述廢水流出孔設于所述第四管體管壁上，所述第四管體遠離所述第三管體的一側設有第二端蓋。
[0013]所述第二端蓋設有第一穿入孔、第二穿入孔、第三穿入孔和排氣孔，所述第一穿入孔中插入恒溫裝置，所述第二穿入孔中插入氧溶量檢測探頭(D0探頭)，所述第三穿入孔中插入PH探頭。
[0014]本發明一種一體式廢水處理裝置的使用方法如下:廢水流入所述第一管體內與所述生物陰極接觸，在所述厭氧微生物的分解和所述生物陰極的還原作用下，廢水中大分子有機物的化學鍵斷裂，分解為小分子物質;經過所述生物陰極的廢水流入所述第二管體，在所述第二管體中進行微氧接觸氧化反應，氧氣通過所述微氧曝氣頭進入所述第二管體內，為所述填料上附著的所述微氧好氧微生物提供氧源，所述微氧好氧微生物將所述小分子物質分解為易降解有機物;經過所述填料的廢水流入所述第三管體與所述生物陽極接觸，所述生物陽極表面附著的所述厭氧微生物將易降解有機物進行分解，并產生額外電子，通過所述外電路，將額外電子提供給所述生物陰極;經過所述生物陽極的廢水從所述廢水流出孔流出。
[0015]本發明的有益效果:
[0016]本發明一體式廢水處理裝置創新性的將微生物電解池技術與微氧接觸氧化技術結合起來，充分發揮兩種技術各自的優點，并使二者相互促進，通過所述生物陰極表面附著的所述厭氧微生物的分解和所述生物陰極的還原作用，可以使得廢水中大分子有機物的化學鍵斷裂，分解為小分子物質，分解后的所述小分子物質在所述填料表面附著的所述微氧好氧微生物的作用下，分解為易降解有機物，所述易降解有機物在所述生物陽極被所述厭氧微生物分解，產生的額外電子通過所述外電路提供給陰極，進一步促進所述生物陰極反應的進行，而分解后的產物可以作為所述厭氧微生物生存所必須的營養物質，保證所述厭氧微生物的生長，從而使得廢水處理更加高效，且本發明具有結構簡單，易于降低廢水C0D，無需進行二次處理，能耗低，占地面積小等優點。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明一體式廢水處理裝置結構示意圖；
[0018]圖2是本發明一體式廢水處理裝置內部結構示意圖；
[0019]圖中:1-第二端蓋，2-第四管體，3-第三管體，4-第二管體，5-第一管體，6_第一端蓋，7-排氣孔，8-第一穿入孔，9-第二穿入孔，10-第三穿入孔，11-廢水流出孔，12-第三取樣孔，13-第四固定孔，14-第二固定孔，15-第二取樣孔，16-第三固定孔，17-第四穿入孔，18-第一取樣孔，19-廢水進入孔，20-第一固定孔，21-生物陰極，22-微氧曝氣頭，23-填料，24-生物陽極，25-參比電極。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0021]如圖1、圖2所示，一種一體式廢水處理裝置，屬于廢水處理設備，在使用過程中，廢水通過廢水進入孔19進入，從廢水流出孔11流出。
[0022]本發明一種一體式廢水處理裝置，包括依次連接的第一管體5、第二管體4、第三管體3和第四管體2，第一管體5的管壁上遠離第二管體4側設有廢水進入孔19，第一管體5內設有生物陰極21，生物陰極21與外電路相連，生物陰極21表面附著有厭氧微生物，厭氧微生物為混菌或單一胞外產電菌，第一管體5的管壁設有第一取樣孔18，第一取樣孔18設在生物陰極21所在橫截面或沿水流遠離生物陰極21橫截面的位置，用于取樣檢測廢水處理情況，第一管體5的管壁沿水流方向設有多組第一固定孔20，生物陰極21可選擇的固定于其中一組第一固定孔20，或將多個生物陰極21串聯后固定于其中多組第一固定孔20，以增加生物陰極21表面積。
[0023]第二管體4內設有微氧曝氣頭22和填料23，微氧曝氣頭22相對于填料23更靠近生物陰極21，填料23為圓筒狀，短于或等于第二管體4長度，填料23表面附著有微氧好氧微生物，第二管體4的管壁上設有第三固定孔16、第四穿入孔17和第二取樣孔15，填料23固定于第三固定孔16，微氧曝氣頭22通過第四穿入孔17將氧氣引入第二管體4內，為微氧好氧微生物提供微氧生長環境，第二取樣孔15用于取樣檢測廢水處理情況。
[0024]第三管體3內設有生物陽極24，生物陽極24與外電路相連，生物陽極24表面附著有厭氧微生物，厭氧微生物為混菌或單一胞外產電菌，第三管體3的管壁設有第三取樣孔12，第三取樣孔12設在生物陽極24所在橫截面或沿水流遠離所述生物陽極24橫截面的位置，用于取樣檢測廢水處理情況。第三管體3的管壁沿水流方向設有多組第二固定孔14，生物陽極24可選擇的固定于其中一組第二固定孔14，或將多個生物陽極24串聯后固定于其中多組第二固定孔14，以增加生物陽極24表面積，通過調節生物陰極21和生物陽極24的固定位置，以調節生物陰極21與生物陽極24之間的距離，使微生物電解池的電阻與電流發生變化。第三管體3內靠近生物陽極24設有參比電極25，第三管體3的管壁設有第四固定孔13，參比電極25固定于第四固定孔13，用于測定厭氧微生物的生長情況。
[0025]第四管體2的管壁設有廢水流出孔11，凈化后的廢水由廢水流出孔11流出。
[0026]第一管體5遠離第二管體4的一側設有第一端蓋6，第四管體2遠離第三管體3的一側設有第二端蓋I，第二端蓋I設有第一穿入孔8、第二穿入孔9、第三穿入孔10和排氣孔7，第一穿入孔8中插入恒溫裝置，用于保持廢水溫度恒定在厭氧微生物和微氧好氧微生物的生存溫度范圍，第二穿入孔8中插入氧溶量檢測探頭(D0探頭)，用于檢測廢水中的氧溶量，避免氧溶量過高而影響到生物陽極24表面的厭氧微生物的生長，第三穿入孔10中插入PH探頭，用于測定廢水中PH值是否達標。
?0027] 第一管體5、第二管體4、第三管體3、第四管體4、第一端蓋6和第二端蓋I的材質為有機玻璃、PVC、玻璃、鋼筋混凝土或鋼材，第一管體5、第二管體4、第三管體3和第四管體4為圓柱管。
[0028]以偶氮染料為例，本發明一體式廢水處理裝置所需生物陰極21和生物陽極24的制作及掛膜啟動和填料23生物膜的掛膜啟動過程如下。
[0029]生物陰極21與生物陽極24的制作:將制成的環形碳刷電極放入馬弗爐中以450°C的高溫煅燒30min進行預處理，將陰、陽極分別安裝在第一管體5、第三管體3內。以污水處理廠的厭氧污泥為接種物，加入定量PBS緩沖液以及葡萄糖。直流穩壓電源的電壓固定為
0.7V，定期對微生物電解池的電流數據進行采樣，待微生物電解池的電流最大且穩定后，認為在電極表面充分附著了產電微生物，此時生物陰極21與生物陽極24的制作完成。
[0030]生物陰極21與生物陽極24的掛膜啟動:待生物陰極21和生物陽極24制作完成后，加入偶氮染料進行馴化，使偶氮染料的濃度梯度依次提升至10mg/L、30mg/L、50mg/L、70mg/L和100mg/L;根據換液后的生物陰極21與生物陽極24電位大小變化以及電位恢復至正常電位的時間變化，決定在每種染料梯度下的周期數。
[0031]填料23生物膜的掛膜啟動:接種污泥取自二沉池回流污泥，將填料23綁在填料架放入桶內，加入定量PBS緩沖液及葡萄糖進行48h悶曝，之后開始連續進水，水力停留時間12h，控制曝氣量使溶解氧控制在2-3mg/L左右。按梯度添加偶氮染料進行馴化，使偶氮染料的濃度梯度依次提升至1011^凡、3011^/1、5011^凡、7011^/1和10011^凡，同時控制入水(1)0濃度為1000mg/L并觀察出水⑶D去除率，待偶氮染料濃度為10mg/!且COD去除率穩定在90%以上則掛膜啟動成功。
[0032]本發明一種一體式廢水處理裝置的使用方法如下:
[0033]廢水通過廢水進入孔19流入第一管體5內與生物陰極21接觸，在厭氧微生物的分解和生物陰極21的還原作用下，廢水中大分子有機物的化學鍵斷裂，分解為小分子物質;經過生物陰極21的廢水流入第二管體4，在第二管體4中進行微氧接觸氧化反應，氧氣通過微氧曝氣頭22進入第二管體4內，為填料23上附著的微氧好氧微生物提供氧源，微氧好氧微生物將小分子物質分解為易降解有機物，使得廢水中COD濃度大幅降低;經過填料23的廢水流入第三管體3與生物陽極24接觸，生物陽極24表面附著的厭氧微生物將易降解有機物及殘留的大分子有機物進行分解，并產生額外電子，通過外電路，將額外電子提供給生物陰極21，促進生物陰極反應的進行，而分解后的產物可以作為厭氧微生物生存所必須的營養物質，保證厭氧微生物的生長，免去了人工添加額外的營養物質;經過生物陽極24的廢水從第四管體2管壁的廢水流出孔11流出。
[0034]下面以偶氮染料為例，來說明本發明一體式廢水處理裝置的具體使用方法。
[0035]廢水通過廢水進入孔19流入第一管體5內與生物陰極21接觸，在厭氧微生物的分解和生物陰極21的還原作用下，將偶氮染料中的偶氮鍵斷裂，生成苯胺類的小分子物質，使廢水脫去其本身顏色;經過生物陰極21的廢水流入第二管體4，在第二管體4中進行微氧接觸氧化反應，氧氣通過微氧曝氣頭22進入第二管體4內，為填料23上附著的微氧好氧微生物提供氧源，微氧好氧微生物將苯胺類小分子物質的苯環打開，使其進一步分解為易降解有機物，使得廢水中COD濃度大幅降低;經過填料23的廢水流入第三管體3與生物陽極24接觸，此時廢水中含有的微量氧氣可以促進殘留的苯胺類小分子物質的降解，同時生物陽極24表面附著的厭氧微生物將易降解有機物進行分解，并產生額外電子，通過外電路，將額外電子提供給生物陰極21，促進生物陰極反應的進行，進一步加快了偶氮鍵的斷裂，達到脫色并降低COD的效果，而分解后的產物可以作為厭氧微生物生存所必須的營養物質，保證厭氧微生物的生長，免去了人工添加額外的營養物質;經過生物陽極24的廢水從第四管體2管壁的廢水流出孔11流出。
[0036]以酸性橙(A07)染料廢水為例，通過檢測得知，當進水A07濃度為100mg/L、外加電壓0.7V、曝氣量600mL/min、pH值為7時，水力停留時間12h，在第三取樣孔12處進行多次取樣，得到A07的去除率可達89.2% ±2.0%，在廢水流出孔11處進行多次取樣，得到A07的去除率可達92.4% ±2%。原廢水中⑶D濃度為1000mg/L，在廢水流出孔11處⑶D去除率可達95.4% ±1%。由此可見，本發明一體式廢水處理裝置，可以有效去除廢水中的染料大分子物質，降低廢水的COD濃度。
[0037]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1.一種一體式廢水處理裝置，其特征在于，包括:依次連接的第一管體、第二管體和第三管體，所述第一管體一側設有廢水進入孔，所述第三管體一側設有廢水流出孔，廢水由所述第一管體流向所述第三管體;所述第一管體內設有生物陰極，所述生物陰極與外電路相連，所述生物陰極表面附著有厭氧微生物;所述第二管體內設有填料和微氧曝氣頭，所述微氧曝氣頭相對于所述填料更靠近所述生物陰極，所述填料表面附著有微氧好氧微生物;所述第三管體內設有生物陽極，所述生物陽極與外電路相連，所述生物陽極表面附著有所述厭氧微生物。2.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述厭氧微生物為混菌或單一胞外產電菌。3.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述第三管體內靠近生物陽極設有用于測定所述厭氧微生物的生長情況的參比電極。4.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述第一管體的管壁沿水流方向設有多組第一固定孔，所述生物陰極可選擇的固定于其中一組所述第一固定孔，所述第三管體的管壁沿水流方向設有多組第二固定孔，所述生物陽極可選擇的固定于其中一組所述第二固定孔，通過調節所述生物陰極和所述生物陽極的固定位置，以調節所述生物陰極與所述生物陽極之間的距離。5.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述填料為圓筒狀，短于或等于所述第二管體長度。6.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述第一管體的管壁設有第一取樣孔，所述第一取樣孔設在所述生物陰極所在橫截面或順水流遠離所述生物陰極橫截面的位置;所述第二管體的管壁設有第二取樣孔;所述第三管體的管壁設有第三取樣孔，所述第三取樣孔設在所述生物陽極所在橫截面或順水流遠離所述生物陽極橫截面的位置。7.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述第一管體、所述第二管體和所述第三管體的材質為有機玻璃、PVC、玻璃、鋼筋混凝土或鋼材。8.根據權利要求1所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述第一管體遠離所述第二管體的一側設有第一端蓋，所述第三管體遠離所述第二管體的一側設有第四管體，所述廢水流出孔設于所述第四管體管壁上，所述第四管體遠離所述第三管體的一側設有第二端至ΠΠ ο9.根據權利要求8所述的一體式廢水處理裝置，其特征在于:所述第二端蓋設有第一穿入孔、第二穿入孔、第三穿入孔和排氣孔，所述第一穿入孔中插入恒溫裝置，所述第二穿入孔中插入氧溶量檢測探頭(DO探頭)，所述第三穿入孔中插入PH探頭。10.—種權利要求1所述的一體式廢水處理裝置的使用方法，其特征在于:廢水流入所述第一管體內與所述生物陰極接觸，在所述厭氧微生物的分解和所述生物陰極的還原作用下，廢水中大分子有機物的化學鍵斷裂，分解為小分子物質;經過所述生物陰極的廢水流入所述第二管體，在所述第二管體中進行微氧接觸氧化反應，氧氣通過所述微氧曝氣頭進入所述第二管體內，為所述填料上附著的所述微氧好氧微生物提供氧源，所述微氧好氧微生物將所述小分子物質分解為易降解有機物;經過所述填料的廢水流入所述第三管體與所述生物陽極接觸，所述生物陽極表面附著的所述厭氧微生物將易降解有機物進行分解，并產生額外電子，通過所述外電路，將額外電子提供給所述生物陰極;經過所述生物陽極的廢水 從所述廢水流出孔流出。
【文檔編號】C02F3/30GK105858867SQ201610429891
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】王有昭, 潘元, 朱彤, 由美雁, 謝元華
【申請人】東北大學