公布日：2024.04.09

申請日：2024.01.25

分類號：C02F3/28(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I

摘要

本發(fā)明提供一種厭氧生物膜污水處理裝置及方法，裝置包括反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置包括陽極填料層及陰極填料層的填料電極層，陽極填料層及陰極填料層分別電性連接穩(wěn)壓直流電源的正極及負極，穩(wěn)壓直流電源用于在電極啟動階段及填料掛膜階段為填料電極層持續(xù)性供電，且穩(wěn)壓直流電源用于在正常運行階段為填料電極層間歇性供電。在正常運行階段間歇性供電，在不影響污水處理效能的同時有效的降低電能損耗，通過獲取反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，可規(guī)避在正常運行階段，且未供電時，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生酸抑制。

權(quán)利要求書

1.一種厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置填料電極層，所述填料電極層包括分別與穩(wěn)壓直流電源的負極及正極連接的陰極填料層及陽極填料層，所述穩(wěn)壓直流電源用于在電極啟動階段及填料掛膜階段為所述填料電極層持續(xù)性供電，以于所述填料電極層上生長厭氧生物膜，且所述穩(wěn)壓直流電源用于在正常運行階段基于所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值為所述填料電極層間歇性供電，以消除酸抑制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述陰極填料層及所述陽極填料層均電性連接電化學(xué)監(jiān)測組件，所述反應(yīng)器上設(shè)置監(jiān)測探頭，所述監(jiān)測探頭通過自動控制器電性連接所述穩(wěn)壓直流電源，所述監(jiān)測探頭用于監(jiān)測所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下設(shè)置三角出水堰及多孔布水板，以將所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下分隔為回收區(qū)、處理區(qū)及引入?yún)^(qū)，所述三角出水堰與所述反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壁之間圍合形成位于所述回收區(qū)內(nèi)的集水槽，所述反應(yīng)器的側(cè)壁連接進水管及出水管，所述進水管連通所述引入?yún)^(qū)，所述出水管連通所述回收區(qū)，所述填料電極層位于所述處理區(qū)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述陰極填料層包括若干個沿所述反應(yīng)器的徑向間隔均勻分布的填料盤，所述填料盤包括輪轂狀骨架及鑲嵌于所述輪轂狀骨架上的若干個導(dǎo)電毛刷，所述輪轂狀骨架相對的兩端均設(shè)置金屬接線端，兩所述金屬接線端用于分別電性連接所述穩(wěn)壓直流電源及所述電化學(xué)監(jiān)測組件。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電毛刷的直徑自所述輪轂狀骨架的中心向所述輪轂狀骨架的側(cè)緣方向逐漸增加。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述輪轂狀骨架的材料為鈦絲、銅絲或不銹鋼絲，所述導(dǎo)電毛刷的材料為碳纖維絲。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器上設(shè)置集氣組件，所述集氣組件包括集氣總管及分流管，所述分流管位于所述回收區(qū)內(nèi)，所述集氣總管的一端連通所述分流管，所述集氣總管的另一端穿過所述反應(yīng)器的頂部，并依次連接控制閥及流量計，所述分流管連通若干個集氣支管，所述集氣支管遠離所述分流管的一端穿過所述三角出水堰，并連接三相分離器，所述三相分離器位于所述處理區(qū)內(nèi)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置與所述引入?yún)^(qū)連通的放空管，所述反應(yīng)器的側(cè)壁設(shè)置與所述處理區(qū)連通的排泥管，所述排泥管位于所述填料電極層與所述多孔布水板之間，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)置檢查口及泄壓閥。

9.一種厭氧生物膜污水處理方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1～8任一項所述的厭氧生物膜污水處理裝置，其特征在于，包括以下步驟：將接種源與營養(yǎng)液混合后形成混合液，將所述混合液泵入反應(yīng)器內(nèi)，直至所述混合液淹沒并溢出所述反應(yīng)器，將溢出的所述混合液再次泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，以完成全回流操作；通過穩(wěn)壓直流電源為包括陰極填料層及陽極填料層的填料電極層供電，監(jiān)測電路電流及所述陽極填料層的電勢，當(dāng)所述電路電流穩(wěn)定且所述陽極填料層的電勢低于電勢閾值時，判斷完成電極啟動階段；調(diào)節(jié)第一待處理污水的碳硫比，以形成掛膜污水，將所述掛膜污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，直至所述掛膜污水淹沒所述反應(yīng)器，通過所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，以于所述填料電極層上生長厭氧生物膜，當(dāng)所述反應(yīng)器的產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，判斷完成填料掛膜階段；將第二待處理污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，并關(guān)閉所述穩(wěn)壓直流電源，以于正常運行階段下進行污水處理，獲取所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，當(dāng)所述pH值小于第一閾值和/或所述氧化還原電位值大于第二閾值時，控制所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，直至所述pH值大于所述第一閾值且所述氧化還原電位值小于所述第二閾值后，控制所述穩(wěn)壓直流電源斷電。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的厭氧生物膜污水處理方法，其特征在于，所述碳硫比的范圍為2.5gCOD/gSO42-～10gCOD/gSO42-。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種厭氧生物膜污水處理裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中通過持續(xù)為厭氧反應(yīng)器中的陽極電極及陰極電極供給外部電壓，以提高甲烷產(chǎn)率及COD去除率的過程中，極大的提高了電能的消耗的技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種厭氧生物膜污水處理裝置，包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置填料電極層，所述填料電極層包括分別與穩(wěn)壓直流電源的負極及正極連接的陰極填料層及陽極填料層，所述穩(wěn)壓直流電源用于在電極啟動階段及填料掛膜階段為所述填料電極層持續(xù)性供電，以于所述填料電極層上生長厭氧生物膜，且所述穩(wěn)壓直流電源用于在正常運行階段基于所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值為所述填料電極層間歇性供電，以消除酸抑制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：在復(fù)雜的厭氧消化體系中引入所述填料電極層，所述填料電極層的作用是調(diào)節(jié)所述反應(yīng)器內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)，構(gòu)建所述厭氧生物膜，在所述填料掛膜階段完成后，所述填料電極層是否通電，對污水處理的效能影響較小，通過僅在所述電極啟動階段及所述填料掛膜階段為所述填料電極層持續(xù)性供電，而在所述正常運行階段間歇性供電，可在不影響污水處理效能的情況下，減少所述反應(yīng)器的電能消耗，提升能源回報率；當(dāng)在所述正常運行階段，且未進行供電時，容易因污水的有機負荷過高、底物C/N失衡、底物中含有某些有害物質(zhì)、或存在其他不利環(huán)境因子等原因造成酸抑制現(xiàn)象，抑制所述厭氧生物膜的產(chǎn)甲烷活性，進而導(dǎo)致體系失穩(wěn)甚至崩潰，通過所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，可判斷所述反應(yīng)器內(nèi)是否處于失穩(wěn)狀態(tài)，進而通過對所述填料電極層供電，以施加一定的正向干預(yù)，使陽極微生物可以代謝小分子有機酸產(chǎn)生電子，在一定程度上減輕酸累積，過多的氫離子可以在陰極合成氫氣，提高體系的pH值，并為所述厭氧生物膜提供底物，促進其代謝活性，規(guī)避酸抑制的情況，確保體系的穩(wěn)定性。

進一步，所述陰極填料層及所述陽極填料層均電性連接電化學(xué)監(jiān)測組件，所述反應(yīng)器上設(shè)置監(jiān)測探頭，所述監(jiān)測探頭通過自動控制器電性連接所述穩(wěn)壓直流電源，所述監(jiān)測探頭用于監(jiān)測所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值。

更進一步，所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下設(shè)置三角出水堰及多孔布水板，以將所述反應(yīng)器內(nèi)自上而下分隔為回收區(qū)、處理區(qū)及引入?yún)^(qū)，所述三角出水堰與所述反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壁之間圍合形成位于所述回收區(qū)內(nèi)的集水槽，所述反應(yīng)器的側(cè)壁連接進水管及出水管，所述進水管連通所述引入?yún)^(qū)，所述出水管連通所述回收區(qū)，所述填料電極層位于所述處理區(qū)。

更進一步，所述陰極填料層包括若干個沿所述反應(yīng)器的徑向間隔均勻分布的填料盤，所述填料盤包括輪轂狀骨架及鑲嵌于所述輪轂狀骨架上的若干個導(dǎo)電毛刷，所述輪轂狀骨架相對的兩端均設(shè)置金屬接線端，兩所述金屬接線端用于分別電性連接所述穩(wěn)壓直流電源及所述電化學(xué)監(jiān)測組件。

更進一步，所述導(dǎo)電毛刷的直徑自所述輪轂狀骨架的中心向所述輪轂狀骨架的側(cè)緣方向逐漸增加。

更進一步，所述輪轂狀骨架的材料為鈦絲、銅絲或不銹鋼絲，所述導(dǎo)電毛刷的材料為碳纖維絲。

更進一步，所述反應(yīng)器上設(shè)置集氣組件，所述集氣組件包括集氣總管及分流管，所述分流管位于所述回收區(qū)內(nèi)，所述集氣總管的一端連通所述分流管，所述集氣總管的另一端穿過所述反應(yīng)器的頂部，并依次連接控制閥及流量計，所述分流管連通若干個集氣支管，所述集氣支管遠離所述分流管的一端穿過所述三角出水堰，并連接三相分離器，所述三相分離器位于所述處理區(qū)內(nèi)。

更進一步，所述反應(yīng)器的底部設(shè)置與所述引入?yún)^(qū)連通的放空管，所述反應(yīng)器的側(cè)壁設(shè)置與所述處理區(qū)連通的排泥管，所述排泥管位于所述填料電極層與所述多孔布水板之間，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)置檢查口及泄壓閥。

本發(fā)明還提供了一種厭氧生物膜污水處理方法，應(yīng)用于上述技術(shù)方案中所述的厭氧生物膜污水處理裝置，包括如下步驟：

將接種源與營養(yǎng)液混合后形成混合液，將所述混合液泵入反應(yīng)器內(nèi)，直至所述混合液淹沒并溢出所述反應(yīng)器，將溢出的所述混合液再次泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，以完成全回流操作；

通過穩(wěn)壓直流電源為包括陰極填料層及陽極填料層的填料電極層供電，監(jiān)測電路電流及所述陽極填料層的電勢，當(dāng)所述電路電流穩(wěn)定且所述陽極填料層的電勢低于電勢閾值時，判斷完成電極啟動階段；

調(diào)節(jié)第一待處理污水的碳硫比，以形成掛膜污水，將所述掛膜污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，直至所述掛膜污水淹沒所述反應(yīng)器，通過所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，以于所述填料電極層上生長厭氧生物膜，當(dāng)所述反應(yīng)器的產(chǎn)氣量穩(wěn)定后，判斷完成填料掛膜階段；

將第二待處理污水泵入所述反應(yīng)器內(nèi)，并關(guān)閉所述穩(wěn)壓直流電源，以于正常運行階段下進行污水處理，獲取所述反應(yīng)器內(nèi)的pH值及氧化還原電位值，當(dāng)所述pH值小于第一閾值和/或所述氧化還原電位值大于第二閾值時，控制所述穩(wěn)壓直流電源為所述填料電極層供電，直至所述pH值大于所述第一閾值且所述氧化還原電位值小于所述第二閾值后，控制所述穩(wěn)壓直流電源斷電。

進一步，所述碳硫比的范圍為2.5gCOD/gSO42-～10gCOD/gSO42-。

（發(fā)明人：曾凱;謝錦文;郭澤沖;李攀榮;周佳琳;胡昌順;吳勝之;王佳琪;李文）