[發明專利]一種生物電化學耦合鋁自建電場水處理系統

有效

• 申請號: 201711068125.8
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107720980B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 柳麗芬;高常飛;張臨蘇;鄧志東
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;揚州佳境環境科技股份有限公司
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F3/04;C02F3/10;C02F9/14;C02F101/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種生物電化學耦合鋁自建電場水處理系統，屬于新能源與廢水處理技術領域。本耦合系統在生物電化學技術基礎之上，創新式引入微電解/電絮凝工藝，在處理工藝內設滴濾和空塔接觸氧化床工藝，多工藝技術耦合既解決了高負荷污水處理出水水質不高及波動大的問題，又實現了電絮凝替代化學絮凝劑藥劑添加，能夠顯著降低運行費用；微電機和生物電化學系統產電穩點且電池電動勢較高，強化導電陰極膜污染介質的排斥作用，顯著提升膜生物反應器運行周期和使用壽命；本耦合系統全部采用廉價原料制備，運行中無化學藥劑引入，可實現高負荷污水的低成本處理，處理后的出水水質高且實現達標排放或回用，適用范圍廣，應用潛力大。

技術領域

本發明屬于新能源與廢水處理技術領域，具體研發內容是利用單質鋁作為生物電化學系統犧牲陽極，犧牲鋁陽極與陽極室內填充活性炭因電位不同天然組成原電池和微電解的微陽極和微陰極，實現鋁離子的自然釋放；生物電化學系統自建的微電場觸發陽極鋁微電解實現電絮凝過程，對高負荷廢水中有機質及無機質連續產生絮凝沉淀，達到高負荷廢水凈化處理。在本系統中，為強化系統生物降解效應，實現污染介質連續強化處理，在生物電化學系統陽極室后增設滴濾/空塔接觸氧化床單元，內填充火山巖濾料，填料天然的多孔結構，好氧、兼性、厭氧微生物因溶解氧濃度的不同由外及內實現自然分布，對連續流廢水可實現多元不同功能的處理，可顯著提升耦合系統出水水質。

背景技術

微電解法因其操作簡易，運行費用低、處理高負荷廢水效果好等優點，是近年興起的新型污水處理方法。該方法利用鋁(或鐵)等金屬與碳顆粒在廢水中形成數量眾多的微原電池。鋁/鐵的電位低，作為微電解的微陽極；碳的電位高，作為微陰極。犧牲鋁陽極與碳顆粒間充分接觸，組成了一個大的原電池。該技術隨今年的不斷推廣應用，已逐步走向成熟。在電鍍廢水、醫藥廢水、煤化工廢水、造紙廢水等難處理工業廢水領域，表現出良好的應用潛力和前景。

電絮凝法是在外加電場的情況下，采用具有絮凝特性的犧牲陽極，犧牲陽極釋放的陽離子在廢水中通過水解、聚合等反應形成多核羥基絡合物，再通過吸附、混凝/絮凝、沉淀的作用實現污染物的去除。電絮凝過程中，陰極發生還原反應，不斷產生微小氫氣氣泡，微氣泡通過氣浮作用將廢水中膠體、懸浮物帶到水面或懸浮水中，促進了電絮凝的充分反應性，從而使污染物得以去除。電絮凝技術作為一種工業化廢水處理應用技術，在有色金屬、冶煉行業、采選礦行業、電鍍線路板等行業已實現了較為廣泛的應用。

滴濾/空塔接觸氧化床是利用天然石材火山巖的疏松多孔的表面結構，構筑的新型生物降解單元。連續流待處理廢水經陽極出水滴濾充分溶氧后流經空氣接觸氧化床內部，氧化床內因溶解氧分布的不同，好氧、兼性、厭氧等不同微生物一體式并存床內部，多種微生物的聯合作用，對有機質及氨氮的降解具有明顯的促進作用。

本新型水處理系統同時將生物電化學系統與膜生物反應器進行耦合，充分發揮兩者的協同作用機制，提高產電微生物生物質能利用效率，實現系統能源的有效利用。系統陰極采用雙功能導電膜，既作為導電陰極，又作為膜生物反應器的過濾介質，實現兩位一體設計。

本發明是利用鋁片作為生物電化學系統的導電及生物陽極；同時鋁片與陽極室內填充的碳顆粒形成原電池和微電解反應。生物電化學系統自生電場為陽極鋁的電絮凝提供電場，無需外加動力。生物電化學系統自建電場觸發的鋁電解及絮凝過程反應溫和，釋放鋁離子劑量均勻連續。系統內電解釋放的水合鋁離子與廢水中的有機質、金屬離子等實現聚合反應形成絡合物，在耦合體系末端實現沉淀絮凝加以去除，實現廢水的凈化目的。本耦合系統全部采用廉價材料，運行費用低，對高負荷廢水及金屬廢水具有顯著處理效果，應用前景廣泛。

發明內容

本發明的目的是提供一種生物電化學耦合鋁自建電場水處理系統，解決了高負荷廢水處理難的問題，同時系統具有低成本、高效率處理的優勢，對高負荷廢水具有全流程連續強化降解和凈化作用。

本發明的技術方案：

一種生物電化學耦合鋁自建電場水處理系統，設計步驟如下：