一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理工藝及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水和廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理工藝及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，水污染問(wèn)題已經(jīng)成為制約我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。因此，國(guó)家制定了更加嚴(yán)格的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)以防止受納水體進(jìn)一步富營(yíng)養(yǎng)化。氮元素作為全球性的水體污染物，受到了越來(lái)越多的重視。減少城市污水中氮的排放對(duì)于控制富營(yíng)養(yǎng)化及改善水體環(huán)境具有重要意義，高效脫氮是當(dāng)前城市污水處理廠運(yùn)行調(diào)控的難點(diǎn)之一。
[0003]生物脫氮過(guò)程分為三個(gè)階段，包括有機(jī)氮氨化、氨氮硝化和硝酸鹽的反硝化作用。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝通常采用前置反硝化或后置反硝化，A2/0工藝中脫氮過(guò)程主要發(fā)生在好氧段和缺氧段，好氧段發(fā)生硝化反應(yīng)產(chǎn)生硝酸鹽和亞硝酸鹽，之后再回流至缺氧段進(jìn)行反硝化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氮的去除。但是，污水經(jīng)過(guò)好氧段時(shí)，污水中易降解的有機(jī)物被大量去除，導(dǎo)致缺氧段反硝化碳源不足，降低了脫氮效果。為此，一些學(xué)者提出了添加外碳源的方法，如汪誠(chéng)文(一種垃圾滲濾液作碳源對(duì)低碳氮比城市污水的處理方法發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)101575140)，但是這種方法不僅增加了外加碳源的成本，也會(huì)產(chǎn)生較多的剩余污泥，增加污泥處理的成本。另一些學(xué)者提出通過(guò)改進(jìn)工藝提高脫氮效率，如馬軍(一種城市污水強(qiáng)化脫氮除磷的方法發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)10157515);吳成強(qiáng)(一種一體化生物脫氮裝置及其處理廢水的方法專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)103613196);黃霞(強(qiáng)化內(nèi)源反硝化的膜-生物反應(yīng)器脫氮除磷工藝及裝置發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)101279794)等。
[0004]在所有的方案中，電化學(xué)輔助的方法是最具有啟發(fā)性的。馮華軍(一種電化學(xué)生物聯(lián)合脫氮反應(yīng)器專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)101857309)通過(guò)電解作用，將氫自養(yǎng)型反硝化作用替代或部分替代異養(yǎng)反硝化作用，實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)型同步硝化反硝化脫氮;李超(交互式三室生物燃料電池裝置及其應(yīng)用于廢水脫氮的方法專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)103872368)引入了電極的還原作用，反硝化電子供體由有機(jī)碳微生物代謝和陰極電極共同提供，同時(shí)進(jìn)行異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化，用以彌補(bǔ)碳源不足。電化學(xué)的方法通過(guò)分解有機(jī)物從而提供電子，將硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子受體，進(jìn)行自養(yǎng)反硝化，緩解碳源不足的問(wèn)題。但是傳統(tǒng)電化學(xué)的方法對(duì)顆粒性有機(jī)物的去除效果不甚理想，很難將污染物濃度降低至滿足水回用的標(biāo)準(zhǔn)限值，限制了其更大規(guī)模的應(yīng)用，需要增設(shè)后處理單元。
[0005]膜-生物反應(yīng)器(Membrane b1reactors，MBRs)是將膜分離技術(shù)與生物處理單元相結(jié)合的新型污水處理工藝，因具有出水水質(zhì)好、占地面積小和污泥產(chǎn)率低等特點(diǎn)而在污水處理及回用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
[0006]基于上述原因，本發(fā)明借助生物電化學(xué)手段來(lái)調(diào)控膜-生物反應(yīng)器中有機(jī)物降解與脫氮過(guò)程，發(fā)明出一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理工藝及裝置，用于處理低濃度的城市污水。本發(fā)明能夠?qū)⒌蜐舛葟U水中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行最大程度的回收與轉(zhuǎn)化，污水處理效果好，具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理工藝及裝置，用以處理低濃度的有機(jī)污水。通過(guò)構(gòu)建新工藝，能有效地去除污水中的總氮和有機(jī)物;能夠顯著降低反應(yīng)器中的污泥產(chǎn)量，從而較大程度地緩解了膜污染問(wèn)題;污水處理的同時(shí)能夠直接產(chǎn)生電能，補(bǔ)充消耗的能量，運(yùn)行成本較低。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理工藝，該工藝按如下步驟進(jìn)行:
(1)污水首先通過(guò)進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵電子生成室，污水中顆粒態(tài)及部分溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)被厭氧發(fā)酵電子生成室內(nèi)的多孔導(dǎo)電填料攔截、吸附，在產(chǎn)電微生物的作用下，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為電子;處理后的污水依次進(jìn)入異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室和好氧膜分離室；
(2)在異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室內(nèi)，微生物利用進(jìn)水中殘余有機(jī)物與厭氧發(fā)酵電子生成室和異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室間形成的外電路傳遞來(lái)的電子，通過(guò)異養(yǎng)與自養(yǎng)反硝化途徑，將從好氧膜分離室回流的污泥混合液中硝酸鹽或亞硝酸鹽去除；
(3)在好氧膜分離室內(nèi)，污水進(jìn)行高效硝化，并可通過(guò)自動(dòng)加藥裝置投加化學(xué)除磷藥劑，提升好氧膜分離室對(duì)總磷(TP)的去除效果。最終通過(guò)膜組件抽吸，得到優(yōu)質(zhì)出水。
[0009]本發(fā)明中，所得污泥產(chǎn)量很低，裝置污泥齡可達(dá)150?250天；同時(shí)好氧膜分離室內(nèi)膜組件污染速率很低，操作通量在20~30 L/(m2 - h)條件下，清洗周期可達(dá)4個(gè)月以上。
[0010]本發(fā)明中，厭氧發(fā)酵電子生成室內(nèi)的多孔導(dǎo)電填料采用碳?xì)?、碳球或碳布等中任一種，具有多孔導(dǎo)電特性，能夠?yàn)槲⑸锷L(zhǎng)提供較大的比表面積。當(dāng)填料表面形成生物膜后可進(jìn)一步提升對(duì)污水中細(xì)小顆粒有機(jī)物的攔截、過(guò)濾效果，并在產(chǎn)電微生物的作用下，最終轉(zhuǎn)化為電子用以后續(xù)自養(yǎng)反硝化過(guò)程。
[0011]本發(fā)明中，步驟(1)中進(jìn)水有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為電子并用于后續(xù)脫氮過(guò)程，氮營(yíng)養(yǎng)元素在硝化-反硝化過(guò)程中去除，磷營(yíng)養(yǎng)元素在生物、化學(xué)除磷作用下從污水中去除，而膜分離過(guò)程的使用保證了高效的固液分離效果。采用該工藝流程處理一般城市生活污水或農(nóng)村生活污水，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0012]本發(fā)明中，適合處理低濃度的城市生活污水(C0D為200?550mg/L，氨氮為20?55mg/L，總氮為20?70mg/L)，出水C0D、氨氮、總氮濃度均能滿足國(guó)家綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A的要求。本工藝中通過(guò)調(diào)節(jié)污水處理中電子的流動(dòng)方向，強(qiáng)化了氮元素的去除，同時(shí)，系統(tǒng)的污泥泥齡較長(zhǎng)(150天以上)，污泥產(chǎn)率低，很大程度上緩解了膜污染的問(wèn)題。
[0013]本發(fā)明提供的一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理工藝的污水處理裝置，該裝置由進(jìn)水系統(tǒng)1、厭氧發(fā)酵電子生成室2、異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室3以及好氧膜分離室4依次連接組成，厭氧發(fā)酵電子生成室2底部設(shè)有一塊穿孔板5，所述穿孔板5用以分隔厭氧發(fā)酵電子生成室2和異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室3;厭氧發(fā)酵電子生成室2內(nèi)填充多孔導(dǎo)電填料，異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室3內(nèi)懸掛碳刷作為電極;厭氧發(fā)酵電子生成室2和異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室3的外電路通過(guò)外電阻6連接;好氧膜分離室4內(nèi)布設(shè)曝氣系統(tǒng)7和膜組件8，膜組件8通過(guò)膜出水栗和出水系統(tǒng)9連接出水口；好氧膜分離室4通過(guò)回流栗和回流管路10連接異養(yǎng)-自養(yǎng)反硝化室3;好氧膜分離室4內(nèi)安裝有除磷藥劑自動(dòng)加藥裝置11。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
(1)污水處理效率高，出水水質(zhì)好。反應(yīng)器中同時(shí)發(fā)生異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化，總氮的去除率高;耦合化學(xué)除磷工藝，有效彌補(bǔ)生物除磷的不足。
[0015](2)膜污染減輕。進(jìn)水中的部分有機(jī)質(zhì)被轉(zhuǎn)化為電能，限制了后續(xù)異養(yǎng)菌的增值，污泥濃度降低，膜污染得以緩解。
[0016](3)節(jié)約能耗。在污水處理的同時(shí)能夠直接獲得電能，一定程度上降低能耗。相比于傳統(tǒng)膜-生物反應(yīng)器，運(yùn)行能耗降低20?30%。
[0017](4)污泥泥齡較長(zhǎng)，排出的剩余污泥較少，實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化。
[0018](5)基建、運(yùn)行費(fèi)用低廉，占地面積小，可以有效融入現(xiàn)有污水處理工藝中對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的一種基于電子流定向調(diào)控的高效污水處理裝置圖示。
[0020]圖中:1-進(jìn)水系統(tǒng);2-厭氧發(fā)酵電子生成室;3