[發明專利]一種電化學-生物流化床反應器及其廢水處理方法

在審

• 申請號: 201510247412.X
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104860397A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: 吳海珍;韋朝海
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F101/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 謝靜娜

技術領域

本發明涉及有機廢水處理技術領域，特別涉及一種電化學-生物流化床反應器及其廢水處理方法。

背景技術

焦化廢水和其他含有難生化降解有機污染物的廢水中，其突出特點是氮含量高、難降解有機物多，由于其組成復雜、結構穩定、毒性較強和可生化性差，常規的污水處理方法難以致效，因而給環境帶來很大污染，成為環保水處理領域多年關注和要解決的技術難題。

傳統的污水處理方法中，生物化學法能有有效去除廢水中的有機物、臭味，降低廢水色度，而且在工程應用上工藝成熟，運行成本低，管理方便簡易，但生物化學法對成分復雜的有毒有害難降解污染物的降解速度慢，分解不徹底，甚至由于中毒而失去處理能力。

而作為一種常用的物理化學處理方法，電化學法可通過電化學燃燒或電化學轉化，快速高效地與廢水中的污染物通過獲得或失去電子而發生氧化還原反應，使難降解有機物轉化降解成二氧化碳和水或較簡單的有機物。電化學技術發展迅速，處理能力強且反應設備簡單，操作容易，易于控制。與生物化學法相比，電化學方法一般不受反應物生物毒性的影響，可以作為高毒性、高腐蝕性有機物的有效處理方法。但采用電化學法氧化或還原有機物時，反應過程存在多種副反應(如產熱、析氫、析氧、析氯等)，電流效率較低，因此處理能耗較大，運行費用較高。

電-生物耦合技術不但綜合了生物化學法處理成本低、電化學法處理難降解有毒污染物效果好的特點，而且可將電化學反應中引起電流效率降低的副反應(如產熱、析氧、析氫、電遷移等)有效地利用于生物反應中，因此在整個耦合技術的層面上使電流效率和處理效果大幅提高，同時降低了處理成本。1992年，R.B?Me11or等人(Mellor?R?B,Ronnenberg?J,Campbell?W?H,et?al.Reduction?of?nitrate?and?nitrite?in?water?by?immobilized?enzymes[J].Nature,1992,355(20):717-719.)在Nature雜志上首次報道了利用電極-生物膜法進行反硝化的研究，他們將反硝化酶和染料(電子傳遞體)固定在陰極表面，反硝化酶利用電解水產生的H₂將NO₃^-還原為N₂，并取得了良好的反硝化效果。Y?Sakakibara等人(Y?Sakakibara,M?Kuroda.Electric?prompting?and?control?of?denitrification[J].Biotech.Bioeng.1993,42:535-537.)將陰極和陽極分別置于兩個相聯的反應器中研究固定掛膜的反硝化菌對NO₃^-的處理能力，結果表明，當電流為0mA時，無氮氣析出；電流從10mA增加到40mA時，氮氣產量增加4倍。然而，電極-生物膜法過程中由于電極表面生物膜比表面積較小，生物膜易脫落等原因，反硝化效率提高效果有限，使得電極-生物膜法強化處理難降解有機物的方法在實際應用中較少。

因此，目前迫切需要優化電化學反應器的設計，加強陽極表面產生的羥基自由基向溶液主體的傳質。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，針對富氮有機廢水，提供一種電化學-生物流化床反應器，該反應器以流化床作為基礎結構，在常規的電化學體系中引入生物降解，達到電化學和生物降解耦合的氧化還原作用，大大加快處理速度，改善富氮有機廢水的處理效果。

本發明的另一目的在于提供一種利用上述電化學-生物流化床反應器實現的廢水處理方法。

本發明的技術方案為：一種電化學-生物流化床反應器，包括相連接的厭氧流化床和好氧流化床，厭氧流化床的下部和好氧流化床的下部之間通過第一電極組連接，厭氧流化床的上部和好氧流化床的上部之間通過第二電極組連接；厭氧流化床的底部設有第一進水口，厭氧流化床的上部設有第一出水口，好氧流化床的底部設有第二進水口，好氧流化床的上部設有第二出水口，第一出水口與第二進水口之間通過污水管道連接；好氧流化床的底部設有曝氣頭。

所述厭氧流化床和好氧流化床的結構相同，分別包括內筒和外筒，內筒為上下開放的圓筒結構，內筒設于外筒內，且內筒底部與外筒底部相通，內筒的外壁和外筒的內壁之間形成環形空間；內筒的下部為反應區；外筒的上部為倒錐形結構，形成泥水分離區，泥水分離區中設有多孔板，多孔板上設置活性炭濾料，位于活性炭濾料上方的外筒內壁上設有溢流堰。

所述厭氧流化床中，溢流堰處與第一出水口相通；好氧流化床中，溢流堰與第二出水口相通。