一种电增强零价铁厌氧水处理装置与方法制造方法及图纸

一种电增强零价铁厌氧水处理装置，包括上流式厌氧生物反应器，其特征在于，在上流式厌氧生物反应器的筒体中部布置有电增强零价铁系统，所述电增强零价铁系统包括由阳极和阴极在轴向间隔周期性排布构成的2N个电极，N为正整数，所述阳极和阴极均通过导线与筒体外的直流电源相连，相邻电极之间以零价铁层填充。本发明专利技术在零价铁耦合厌氧反应器的基础上，增加多个串联或并联电极，降低反应的过电位，阴极微生物得到电子的速率加快，促进还原反应快速进行；增加电场，不仅可以刺激微生物的活性，也有利于电极与电极表面微生物之间的电子传递，更大程度上增强厌氧零价铁的反应速率。

ANAEROBIC WATER TREATMENT DEVICE AND METHOD OF ELECTRICALLY ENHANCED ZEROVALENT IRON

An electro-enhanced zero-valent iron anaerobic water treatment device, including an up-flow anaerobic bioreactor, is characterized in that an electro-enhanced zero-valent iron system is arranged in the middle of the tube body of the up-flow anaerobic bioreactor. The electro-enhanced zero-valent iron system comprises 2N electrodes periodically arranged by anodes and cathodes at an axial interval, and N is a positive integer. The anodes and cathodes pass through wires. Connected with the DC power supply outside the barrel, the adjacent electrodes are filled with zero-valent iron layer. On the basis of zero-valent iron-coupled anaerobic reactor, the invention adds multiple series or parallel electrodes to reduce the overpotential of the reaction, accelerates the rate of cathode microorganism obtaining electrons, and promotes the rapid reduction reaction; increasing electric field can not only stimulate the activity of microorganisms, but also facilitate the electron transfer between the electrode and the microorganism on the surface of the electrode, and enhances the anaerobic zero to a greater extent. The reaction rate of valent iron.

【技术实现步骤摘要】
一种电增强零价铁厌氧水处理装置与方法
本专利技术属于污水处理
，涉及一种电增强零价铁厌氧水处理装置与方法。
技术介绍
厌氧消化是处理中高浓度有机废水最有效，实用的方法之一。它将污水处理与能源化相结合，在国内外得到广泛的关注和应用，厌氧消化过程主要包括水解酸化，乙酸化和甲烷化三个阶段。产甲烷菌代谢缓慢且对环境条件敏感，容易造成产酸过程与甲烷化过程不平衡。进水有机负荷的提高或者水质波动较大容易造成有机酸积累增强、PH下降、抑制甲烷化，甚至导致厌氧过程失败。因此，针对高浓度、难降解或有毒废水有必要研究增强有机酸高效降解以及提高厌氧甲烷化的能力新方法。零价铁作为一种廉价易得的还原性物质，已被广泛的应用于污水处理、地下水净化和土壤修复中，零价铁能降低体系中氧化还原电位，缓冲厌氧的酸度。将零价铁加入厌氧系统中，能够创造一个更有利的微生物生长环境，显著提高有机物的转化效率。投加零价铁提供电子使污染物还原实现厌氧消化预处理。零价铁的活性首先来源于单质铁的给电子能力，从而可以还原有机或无机污染物。此外，零价铁氧化之后生成二价铁(Fe(II))，并可能在溶解氧或其他氧化物种的作用下进一步生成三价铁(Fe(III))。零价铁发生上述反应将导致pH值升高，且表面形成腐蚀层之后反应效率大幅下降。当零价铁作为填料装填在固定床反应器中时，由于表面腐蚀作用往往可能导致填料床板结，难以长期稳定发挥净化功能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电增强零价铁厌氧水处理装置与方法，在零价铁耦合厌氧反应器的基础上，增加多个串联或并联电极，降低反应的过电位，阴极微生物得到电子的速率加快，促进还原反应快速进行；增加电场，不仅可以刺激微生物的活性，也有利于电极与电极表面微生物之间的电子传递，更大程度上增强厌氧零价铁的反应速率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种电增强零价铁厌氧水处理装置，包括上流式厌氧生物反应器，其特征在于，在上流式厌氧生物反应器的筒体3中部布置有电增强零价铁系统，所述电增强零价铁系统包括由阳极和阴极在轴向间隔周期性排布构成的2N个电极10，N为正整数，所述阳极和阴极均通过导线8与筒体3外的直流电源相连，相邻电极10之间以零价铁层16填充。所述上流式厌氧生物反应器在筒体3中从下到上依次设有布水系统2、污泥床5和三相分离器12，其中所述电增强零价铁系统设置于污泥床5与三相分离器12之间。所述电极10呈水平方式安装于筒体3内壁，布满筒体3的整个截面。所述筒体3中设置带有通孔的支撑板6，电增强零价铁系统位于支撑板6上方，最下面的一个电极10与支撑板6之间以零价铁层16填充。所述通孔在支撑板6上均匀分布，通孔直径为10mm。所述零价铁层16中的零价铁颗粒呈圆形、管型、不规则形，平均当量直径为2cm，总装填高度为筒体3高度的7/10左右。所述零价铁层16中的零价铁在装入筒体3之前，先经过酸洗，以消除表面氧化物以及杂质。所述阳极为钛阳极、石墨阳极或石墨纤维刷阳极；所述阴极为不锈钢阴极、石墨阴极或石墨纤维刷阴极。所述阳极为网状、多孔板状或棒状；所述阴极为网状、多孔板状或棒状，当为棒状时，水平安装，且水平相邻的棒状电极之间留有间隙。所述相邻电极10之间的间隔为10-50cm。利用本专利技术所述电厌氧零价铁厌氧水处理装置的处理方法，包括以下步骤：1)把进水COD浓度由500mg.L-1逐渐上升至5000mg.L-1，进水PH调节至6.8-7.2，温度控制在32℃，水力停留时间为24h；2)工业污水通过循环泵经进水管并由布水器均匀流入筒体内部，再经过电增强零价铁系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中所述的反应装置内，零价铁层可充分的与污泥颗粒和废水接触，作为电子供体然后被氧化生成Fe(Ⅱ)，亚铁离子可有效压缩胶体污泥的双电子层，提高微生物与电极表面的电子传递效率。本专利技术中所述的反应装置内，电增强作用加速了零价铁催化还原的速率，显著降低水与零价铁的催化时间，并且厌氧生物经电增强厌氧零价铁系统，具有高效性，定向性，有效避免了中间有毒代谢物的积累，提高了厌氧处理效率。本专利技术采用优选采用电极横向水平排布方式，保证了电极与零价铁和污泥颗粒废水的充分接触，周期交错的阳阴极，形成循环的氧化还原分区，氧化区实现氨的短程氧化，还原区实现硝酸根和亚硝酸根的还原，循环的氧化还原区，大大提高了氨基和总氮的去除效率。本专利技术采用优选采用电极横向水平排布方式，形成的氧化还原分区，使亚铁离子在还原区还原成小颗粒Fe和污泥混合，减少污泥流失，无需设置生物滤池。附图说明图1是本专利技术结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。如图1所示，本专利技术一种电增强零价铁厌氧水处理装置，在零价铁耦合厌氧装置的基础上进行改进，包括上流式厌氧生物反应器和电增强零价铁系统。上流式厌氧生物反应器包括带有支撑架4的筒体3，筒体3是由上下两部分扣合组成的封闭结构，两部分之间通过螺栓11在筒外固定，在筒体3中从下到上依次设有布水系统2、污泥床5和三相分离器12，进水管1从筒体3下部侧壁穿过接布水系统2，筒体3顶部开有集气管15，三相分离器12的顶部设有溢流堰14，气体经三相分离器12后通过集气管15排出；三相分离器12分离的反应器出水经溢流堰14从筒体3上部侧壁的出水管13外排。电增强零价铁系统布置在筒体3的中部，具体位于污泥床5与三相分离器12之间，包括由阳极和阴极在轴向间隔周期性排布构成的偶数个电极10，电极10呈水平方式安装于筒体3内壁，布满筒体3的整个截面。相邻电极10之间的间隔为10-50cm，以零价铁层16填充，所有阳极均连接至筒外的阳极接线柱9，所有阴极均连接至筒外的阴极接线柱7，阳极接线柱9和阴极接线柱7均通过导线8与筒外的直流电源相连。在筒体3中设置带有均布通孔的支撑板6，承托电增强零价铁系统，通孔的直径可为5mm，电增强零价铁系统位于支撑板6上方，最下面的一个电极10与支撑板6之间以零价铁层16填充。本专利技术中，零价铁层16中的零价铁颗粒呈圆形、管型、不规则形，平均当量直径为2cm，总装填高度为筒体3高度的7/10左右。在装入筒体3之前，零价铁须先经过酸洗，以消除表面氧化物以及杂质。一般可将其与10％的盐酸混合浸泡2min，然后用去离子水进行冲洗，最后将其放在真空中干燥待用。本专利技术中，阳极可为钛阳极、石墨阳极或石墨纤维刷阳极；阴极可为不锈钢阴极、石墨阴极或石墨纤维刷阴极。当阳极和阴极为多个时，各阳极可采用不同材料，也可采用相同材料，各阴极亦然。本专利技术中，电极10可为网状、多孔板状或棒状，当为棒状时，水平安装，且水平相邻的棒状电极之间留有间隙。在同一水平面上可交叉也可平行。上述电厌氧零价铁厌氧水处理装置的工作过程如下：污水通过进水管1进入布水系统2，污水与污泥在反应区进行混合、反应，当污水通过电增强零价铁系统，微生物和有机物与零价铁充分接触，零价铁的氧化还原作用，以及外加电增强过程，微生物的作用，以及它们之间的耦合作用促进污染物的分解，厌氧微生物的生长，从而提高污染物的去除效率和颗粒污泥快速生长。净化好的清水经出水管13排放接收，而反应器产生的沼气则通过集气管15收集至气体。其中，可将进水COD浓度由500mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电增强零价铁厌氧水处理装置，包括上流式厌氧生物反应器，其特征在于，在上流式厌氧生物反应器的筒体(3)中部布置有电增强零价铁系统，所述电增强零价铁系统包括由阳极和阴极在轴向间隔周期性排布构成的2N个电极(10)，N为正整数，所述阳极和阴极均通过导线(8)与筒体(3)外的直流电源相连，相邻电极(10)之间以零价铁层(16)填充。

【技术特征摘要】
1.一种电增强零价铁厌氧水处理装置，包括上流式厌氧生物反应器，其特征在于，在上流式厌氧生物反应器的筒体(3)中部布置有电增强零价铁系统，所述电增强零价铁系统包括由阳极和阴极在轴向间隔周期性排布构成的2N个电极(10)，N为正整数，所述阳极和阴极均通过导线(8)与筒体(3)外的直流电源相连，相邻电极(10)之间以零价铁层(16)填充。2.根据权利要求1所述电增强零价铁厌氧水处理装置，其特征在于，所述上流式厌氧生物反应器在筒体(3)中从下到上依次设有布水系统(2)、污泥床(5)和三相分离器(12)，其中所述电增强零价铁系统设置于污泥床(5)与三相分离器(12)之间。3.根据权利要求1所述电增强零价铁厌氧水处理装置，其特征在于，所述电极(10)呈水平方式安装于筒体(3)内壁，布满筒体(3)的整个截面。4.根据权利要求1所述电增强零价铁厌氧水处理装置，其特征在于，所述筒体(3)中设置带有通孔的支撑板(6)，电增强零价铁系统位于支撑板(6)上方，最下面的一个电极(10)与支撑板(6)之间以零价铁层(16)填充。5.根据权利要求4所述电增强零价铁厌氧水处理装置，其特征在于，所述通孔在支撑板(6)上均匀分布，通孔直径为10mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱云庆，张玉杰，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61