[發(fā)明專利]一種零價鐵強化上流式厭氧污泥床電化學(xué)傳感器及運行方法

在審

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• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN107814437A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈輝;楊光;房宏艷
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種零價鐵強化上流式厭氧污泥床電化學(xué)傳感器及運行方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket，UASB)作為一種處理污水的厭氧生物方法，具有處理成本低、COD去除能力高等特點，廣泛應(yīng)用于生活污水及有機物含量較高的工業(yè)廢水，但是，UASB以厭氧微生物為核心進行處理，且反應(yīng)器中的厭氧微生物對環(huán)境條件要求苛刻，活性污泥中微生物種群較為復(fù)雜，缺少量化控制參數(shù)等缺點。

微生物燃料電池(Microbial fuel cell，MFC)是一種通過微生物的催化作用將有機物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的生物反應(yīng)裝置。近年來很多學(xué)者將微生物燃料電池的產(chǎn)電原理應(yīng)用到污水處理過程中。針對UASB反應(yīng)器較難判斷其運行狀態(tài)的問題，一些研究人員發(fā)明了一體式UASB-MFC生物傳感耦合系統(tǒng)。但是，由于一體式UASB-MFC生物傳感耦合系統(tǒng)中產(chǎn)電微生物易受到反應(yīng)器中外部水力作用影響嗎，導(dǎo)致其存在傳感速度不靈敏，變換水質(zhì)負荷時電信號變化幅度較低等問題。

零價鐵作為一種廉價易得的還原性物質(zhì)，已被廣泛應(yīng)用于污水處理、地下水凈化和土壤修復(fù)中。零價鐵能夠降低體系的氧化還原電位，將零價鐵加入到厭氧系統(tǒng)中，能夠創(chuàng)造一個更有利于微生物生長的厭氧環(huán)境，顯著提高有機物的轉(zhuǎn)化效率；同時零價鐵具有電化學(xué)活性，其電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的[H]和Fe²⁺能與廢水污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，達到對污染物降解的功能。基于利用零價鐵預(yù)處理能夠提高有機污染物的可生化性，大量研究開始關(guān)注零價鐵與生物處理系統(tǒng)的結(jié)合，并提出零價鐵-生物處理工藝。

針對上述問題，本發(fā)明基于以往技術(shù)提出一種零價鐵強化上流式厭氧污泥床電化學(xué)傳感器及運行方法。將零價鐵投加于上流式厭氧污泥床反應(yīng)器中，零價鐵緩慢釋放的亞鐵離子可有效壓縮膠體污泥的雙電層，提升微生物與電極表面之間的電子傳遞效率；同時零價鐵可降低反應(yīng)器內(nèi)氧化還原電位，助于專性厭氧微生物生長，加速有機物質(zhì)降解，提升電化學(xué)傳感器性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種零價鐵強化上流式厭氧污泥床電化學(xué)傳感器及運行方法。

一種零價鐵強化上流式厭氧污泥床電化學(xué)傳感器，包括上流式厭氧污泥床反應(yīng)器筒體(5)和電化學(xué)傳感系統(tǒng)，所述的上流式厭氧污泥床反應(yīng)器筒體內(nèi)部從下往上依次設(shè)置布水器(4)、污泥床和三相分離器(7)。筒體的底部經(jīng)進水管道(3)與蠕動泵(2)相連，氣體經(jīng)過三相分離器后通過水封瓶(18)進入濕式氣體流量計(19)，三相分離器分離的反應(yīng)器出水經(jīng)出水口排至廢液桶(8)，筒體中部側(cè)壁上設(shè)置有側(cè)管，側(cè)管外端部設(shè)置側(cè)法蘭盤(17)，側(cè)法蘭盤通過螺栓(16)、與帶有側(cè)法蘭盤的側(cè)盲板(15)連接。

所述的電化學(xué)傳感系統(tǒng)包括一對電極、導(dǎo)電銅線(10)、鈦片(14)、外電阻(11)、萬用表(12)；所述的電極位于筒體中部，包括碳氈陽極(9)和碳布陰極(13)；其中碳氈陽極置于筒體內(nèi)部相對于側(cè)管，碳布陰極設(shè)置在側(cè)盲板內(nèi)側(cè)，緊貼著鈦片，導(dǎo)線一端與陽極相連，另一端依次與外電阻、鈦片和陰極相連，從內(nèi)到外依次將鈦片、碳布夾在側(cè)法蘭盤和側(cè)盲板中間，利用螺絲把側(cè)法蘭盤和側(cè)盲板密封固定在一起。

所述的零價鐵的制備方法如下：零價鐵必須經(jīng)過酸洗，以消除表面氧化物或其他雜質(zhì)。在使用之前，將零價鐵與10％的鹽酸溶液混合浸泡2min，然后用去離子水進行沖洗，最后將其放在真空干燥箱內(nèi)干燥。為了促進零價鐵均勻分布在污泥層，在進水時利用攪拌器(20)定期進行攪拌。

一種所述零價鐵強化上流式厭氧污泥床電化學(xué)傳感器的運行方法，主要包括以下步驟：

(1)有機廢水通過蠕動泵經(jīng)進水管并由布水器均勻流入筒體內(nèi)部，陽極與陰極通過銅導(dǎo)線連接，并負載外電阻，利用附著在陽極上的產(chǎn)電菌對有機物進行分解產(chǎn)生電壓，形成穩(wěn)定的電流；有機物在陽極被微生物降解過程中產(chǎn)生的電子由外電路傳輸?shù)疥帢O形成閉合回路。

(2)反應(yīng)器接種污泥前，持續(xù)向含有零價鐵(21)的進水桶(1)中通入氮氣10min，以去除水中溶解氧，避免零價鐵在進水過程中被氧化，影響實驗研究，并通過攪拌器對含零價鐵的有機廢水?dāng)嚢瑁蛊渚鶆蜻M入污泥床。