專利名稱：一種電極生物膜－sbr脫氮除磷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種SBR脫氮除磷設(shè)備，具體是一種通過在SBR反應(yīng)器中引入電流，以通過電場(chǎng)作用來(lái)促進(jìn)SBR工藝處理效果的電極-SBR脫氮除磷設(shè)備。
背景技術(shù)：
SBR是序批式活性污泥法(即序批式反應(yīng)器，Sequencing Batch Reactor)的簡(jiǎn)稱。早在1914年，Ardern和Locket發(fā)明活性污泥法時(shí)首先采用了這種處理系統(tǒng)，但隨著工業(yè)和自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使SBR法可以結(jié)合自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)煥發(fā)出新的活力，自1970年代以來(lái)，已成為國(guó)外污水生物處理領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)之一，工程實(shí)際應(yīng)用也越來(lái)越多，我國(guó)也于近10年來(lái)給予了較大的關(guān)注。盡管SBR法的工藝出現(xiàn)很早，但近年來(lái)應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)控等技術(shù)后一躍而成當(dāng)前污水生物處理領(lǐng)域的新技術(shù)之一。
SBR工藝是一種簡(jiǎn)易、快速且低耗的廢水生物處理技術(shù)，其主要特有優(yōu)點(diǎn)是SBR工藝的主體工藝設(shè)備只有一個(gè)SBR反應(yīng)器，與普通活性污泥法相比，不需另設(shè)二沉池及污泥回流設(shè)備，且一般情況下無(wú)需調(diào)節(jié)池、多數(shù)情況下可省去初沉池，所以SBR工藝具有流程簡(jiǎn)單、布置緊湊、節(jié)省占地面積，節(jié)省基建投資(比普通活性污泥法節(jié)省30％多)。另外，在時(shí)間上具有理想的推流式反應(yīng)器的特性、污泥沉降性能好、耐沖擊性好，對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量的波動(dòng)具有較好的適應(yīng)性，運(yùn)行靈活等。
SBR工藝的主要缺點(diǎn)是雖有一定的脫氮除磷效果，但在厭氧和閑置階段，反硝化反應(yīng)效果不太穩(wěn)定，特別是COD/N比低的廢水，往往在反硝化階段缺乏足夠的有機(jī)物作為電子供體而影響脫氮除磷效果。傳統(tǒng)方法是加入一定碳源(有時(shí)還需增加堿度)以增強(qiáng)脫氮效果，但工程應(yīng)用方面一般存在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種通過在SBR反應(yīng)器中引入電流，通過水的電解作用產(chǎn)生氫氣(H2)，以氫氣(H2)代替有機(jī)物(COD)作為電子供體來(lái)滿足SBR反應(yīng)器中反硝化細(xì)菌營(yíng)氧需要，以提高處理效果的電極-SBR脫氮除磷設(shè)備。本發(fā)明利用SBR反應(yīng)器中的微生物降解有機(jī)物，在去除有機(jī)物的同時(shí)，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硝基氮，并實(shí)現(xiàn)磷的過量吸收，同時(shí)微電解產(chǎn)生的氫被陰極板上的反硝化生物膜高效利用，在反硝化過程中，污水中的硝酸鹽被還原，從而達(dá)到同步脫氮除磷的目的。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案本實(shí)用新型的裝置如附圖1所示，電極生物膜-SBR脫氮除磷設(shè)備，包括SBR反應(yīng)器，改進(jìn)點(diǎn)在于在SBR反應(yīng)器基礎(chǔ)上添加有電場(chǎng)作用。
所述的電場(chǎng)作用是由設(shè)置在SBR反應(yīng)器中的既用來(lái)作電極，又用來(lái)掛膜的石墨板電極所產(chǎn)生。作為陰陽(yáng)極的石墨板的尺寸為長(zhǎng)10～30cm、寬10～30cm、厚0.5～3cm。兩塊電極極板的板間距為10～30cm。
本實(shí)用新型的電極-SBR工藝的最佳參數(shù)為進(jìn)水0.2～1.2h、厭氧0.8～3h、曝氣1～8h、缺氧0.5～3h、沉淀0.2～1h、排水0.2～1.5h、閑置0.5～2h。電流密度為0.02～0.1mA/cm2。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本實(shí)用新型在SBR反應(yīng)器中引入電場(chǎng)，考察電極-SBR法對(duì)污染物的去除效果，并與SBR法進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如下本實(shí)用新型的電極-SBR法對(duì)COD、TN、TP都有很高的去除效果COD去除率達(dá)92％以上，NH4+-N去除率達(dá)92.7％以上，TP去除率最高能達(dá)80％，通過與SBR法對(duì)比發(fā)現(xiàn)電極-SBR在脫氮除磷方面顯示出更優(yōu)的去除效率，在電流密度合適的情況下，TN和TP分別比SBR提高7％和15％。


圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的電極-SBR反應(yīng)器對(duì)CODGr的去除效果示意圖；圖3為本實(shí)用新型的電極-SBR反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果示意圖；圖4為本實(shí)用新型的電極-SBR反應(yīng)器對(duì)TP的去除效果示意圖；圖5為SBR與電極-SBR反應(yīng)器圖中COD隨時(shí)間的降解過程情況示意圖；圖6為SBR反應(yīng)器中N隨時(shí)間的中COD隨時(shí)間的降解過程情況示意圖；圖7為電極-SBR反應(yīng)器中N隨時(shí)間的降解過程情況示意圖；圖8為SBR與電極-SBR反應(yīng)器中TP隨時(shí)間的降解過程情況示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖來(lái)對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍并不局限于具體實(shí)施方式
中所描述的范圍。
本實(shí)用新型的裝置如附圖1所示，包括SBR反應(yīng)器以及在SBR反應(yīng)器中所插入兩塊石墨板，石墨板既用來(lái)作電極，又用來(lái)掛膜，石墨板的尺寸選擇如下陰陽(yáng)極板尺寸長(zhǎng)10～30cm、寬10～30cm、厚0.5～3cm；極板間距10～30cm。
本裝置所涉及到的其他設(shè)備的選擇可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，型號(hào)HC-708，輸入160V-240V；輸出1.5V-12V；電流表，型號(hào)85C-A，量程0-200mA。
本實(shí)用新型裝置的運(yùn)行參數(shù)的選取根據(jù)以上各個(gè)工況的試驗(yàn)結(jié)果以及厭氧、曝氣、缺氧等階段的分析，得出電極-SBR工藝的最佳參數(shù)為工況3進(jìn)水0.2～1.2h、厭氧0.8～3h、曝氣1～8h、缺氧0.5～3h、沉淀0.2～1h、排水0.2～1.5h、閑置0.5～2h。電流密度為0.02～0.1mA/cm2。
實(shí)施效果1、污染物的去除效果由附圖2，3，4可以看出，本實(shí)用新型對(duì)COD、氨氮、TP都有很好的處理效果，其中COD去除率達(dá)92％以上，氨氮進(jìn)水為20～22.3mg/L之間時(shí)，出水在1～1.57mg/L之間，NH4+-N去除率達(dá)92.7％以上。TP進(jìn)水在3.1～3.74之間時(shí)，出水在0.7～1.05之間，去除率最高能達(dá)80％，這說明電極-SBR的除磷效果很好，這是單純SBR法所難以實(shí)現(xiàn)的。
從圖2中可以明顯的看出，在單純SBR和電極-SBR整個(gè)反應(yīng)結(jié)束后，氨氮的去除率兩者沒有很明顯的差別，而總氮的去除率差別非常明顯，在電流合適情況下，增加了7個(gè)百分點(diǎn)，由單純SBR的77.1提高到了84.1％，氨氮的脫除主要是在曝氣階段進(jìn)行的，因此總氮去除效果的提高反應(yīng)了在微電解條件下陰極生物膜反硝化可獲得較好的反硝化效果，即反硝化細(xì)菌充分利用了電化學(xué)反應(yīng)析出的氫作為電子供體進(jìn)行反硝化作用，從而使總氮的去除率比SBR反應(yīng)器高。攪拌階段硝酸鹽氮的降解還包括反硝化細(xì)菌經(jīng)同化作用還原一部分硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氨氮，用以微生物的細(xì)胞的合成，氮成為細(xì)菌細(xì)胞的組成部分。
2、周期去除規(guī)律如附圖5，6，7，8所示，通過比較SBR與電極-SBR反應(yīng)器過程曲線，可以發(fā)現(xiàn)兩種情況下COD降解情況相差不大，但在電極生物膜SBR階段COD出現(xiàn)了少量降解，可以理解為微電解條件的存在為微生物難降解物質(zhì)起到了一定的作用。在曝氣階段，各水質(zhì)參數(shù)的降解曲線相似，氨氮的降解主要在曝氣階段(硝化作用和同化作用)；硝酸鹽氮由于硝化作用的發(fā)生曝氣階段曲線呈上升趨勢(shì)；總氮受上述兩個(gè)方面的影響降解呈現(xiàn)先速降后緩降現(xiàn)象；兩種SBR之間最顯著的不同發(fā)生在攪拌階段的硝氮和總氮的濃度變化，降解曲線的下降趨勢(shì)說明了電極生物膜在SBR反應(yīng)器的反硝化階段充當(dāng)了“催化劑”作用。
通過比較，可以看出電極生物膜反硝化階段的反硝化效果非常明顯，電極生物膜通過反硝化階段的硝氮去除率為64％，而單純SBR通過反硝化階段的硝氮去除率為52％，電極生物膜的反硝化去除率高出了8個(gè)百分點(diǎn)。
3、電流密度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響廢水的處理程度可以根據(jù)原生生物和微型后生動(dòng)物的活動(dòng)規(guī)律來(lái)判斷，隨著污水凈化和水體自凈程度增高，相應(yīng)會(huì)出現(xiàn)許多高級(jí)微生物，一般來(lái)說，出現(xiàn)的先后次序?yàn)榧?xì)菌-植物性鞭毛蟲類-變形蟲(肉足類)-動(dòng)物性鞭毛蟲-游泳性纖毛蟲、吸管蟲-固著性纖毛蟲-輪蟲。游泳性纖毛蟲的出現(xiàn)，標(biāo)志著活性污泥處于培養(yǎng)中期，凈化能力開始提高；大量固著性纖毛蟲(鐘蟲等)和少量漫游蟲、輪蟲的出現(xiàn)，標(biāo)志著活性污泥處于培養(yǎng)成熟期，有機(jī)質(zhì)含量較低，出水水質(zhì)好，凈化能力高。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在電極-SBR反應(yīng)器的石墨電極板上，在培養(yǎng)馴化一周時(shí)，即開始形成明顯的生物膜，而單一SBR反應(yīng)器中的石墨板上生物膜不明顯。靜止沉淀時(shí)，電極-SBR反應(yīng)器澄清快，單一SBR反應(yīng)器則澄清慢。
本試驗(yàn)對(duì)兩個(gè)反應(yīng)器的原生生物生長(zhǎng)情況通過進(jìn)行顯微鏡觀察，結(jié)果如下表所示。
表1 電流對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響

從表1我們可以發(fā)現(xiàn)，在電極-SBR反應(yīng)器中的輪蟲和鐘蟲都比活性污泥反應(yīng)器中的多，而游泳性纖毛蟲則是SBR反應(yīng)器中的較多，這反映出在電極-SBR反應(yīng)器中，游離的細(xì)菌數(shù)量較少，有機(jī)質(zhì)的含量較低，水質(zhì)較好，污水處里的效果較好；而在SBR反應(yīng)器中的活性污泥則處于培養(yǎng)中期，出水水質(zhì)較差。
在實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，微電流對(duì)微生物的生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用，當(dāng)電流密度增加到一定程度時(shí)，則會(huì)抑止微生物的生長(zhǎng)。
綜合上述實(shí)驗(yàn)，本實(shí)用新型在SBR反應(yīng)器中引入電場(chǎng)，考察電極-SBR法對(duì)污染物的去除效果，并與SBR法進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如下電極-SBR法對(duì)COD、TN、TP都有很高的去除效果。COD去除率達(dá)92％以上，去除率達(dá)92.7％以上，TP去除率最高能達(dá)80％，通過與SBR法對(duì)比發(fā)現(xiàn)電極-SBR在脫氮除磷方面顯示出更優(yōu)的去除效率，在電流密度合適的情況下，TN和TP分別比SBR提高7％和15％。
權(quán)利要求1.一種電極生物膜-SBR脫氮除磷設(shè)備，其特征在于包括SBR反應(yīng)器以及在SBR反應(yīng)器中插入的兩塊石墨板，石墨板的長(zhǎng)為10～30cm、寬為10～30cm、厚為0.5～3cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于兩塊石墨板的板間距為10～30cm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電極生物膜－SBR脫氮除磷設(shè)備。本實(shí)用新型裝置包括SBR反應(yīng)器及在SBR反應(yīng)器中插入兩塊既用來(lái)作電極，又用來(lái)掛膜的石墨板。本實(shí)用新型在反應(yīng)器中引入電流，以期通過電場(chǎng)作用來(lái)促進(jìn)SBR工藝處理效果。本實(shí)用新型是在SBR工藝的基礎(chǔ)上，引入電極系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)復(fù)合電極生物膜。該生物膜利用SBR反應(yīng)器中的微生物降解有機(jī)物，在去除有機(jī)物的同時(shí)，有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硝基氮，并實(shí)現(xiàn)磷的過量吸收，同時(shí)微電解產(chǎn)生的氫被陰極板上的反硝化生物膜高效利用，在反硝化過程中，污水中的硝酸鹽被還原，從而達(dá)到同步脫氮除磷的目的。
文檔編號(hào)C02F1/46GK2799543SQ20052005338
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月4日
發(fā)明者周少奇 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)