本发明专利技术提供了一种农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法，所述装置由预处理调节区、微生物电解强化处理区和澄清区三级单元构成，每户水冲厕所产生的黑水先进入预处理池通过水解酸化作用将大分子有机物转化为小分子有机物，然后进入配有导电塑料颗粒和碳纤维电极的微生物电解系统，施加微弱电压刺激微生物作用，强化处理黑水中的污染物和病原微生物，污水最后流入澄清区先经过一道挡板折流再出水，澄清区作为出水储存池，处理后的出水可作为农田液肥。本发明专利技术操作简便，具有高效低耗，操作简便，系统运行稳定，可以资源化无害化处理黑水等优点，适用于水量小的户厕黑水处理。适用于水量小的户厕黑水处理。适用于水量小的户厕黑水处理。
【技术实现步骤摘要】
一种农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法
[0001]本专利技术属于水处理
，涉及一种以微生物电解强化处理单元为核心的原位处理农村户厕黑水的资源化处理系统，特别适用于农村难以集中处理的分散地区，实现每户单独处理和黑水资源化。
技术介绍
[0002]随着农村人居环境整治和“厕所革命“的进行，部分农村地区厕所改为干净卫生的水冲式厕所，然而不同于城镇完整下水道水冲厕所，有的农村地区排水管网不完善并且受地理条件和经济因素制约无污水处理厂进行集中收集处理，而黑水又含有大量冲厕用水和碳氮磷资源、病原微生物，一旦未经处理排放在环境中将将扩大污染源，同时也是资源浪费造成大量能源物质无法回收。因此针对农村分散地区厕所采用原位处理技术，不仅防止废水污染还能减少运输处理费用同时进行资源化利用。
[0003]目前我国水冲式厕所原位处理技术有厌氧发酵产沼气供能，人工湿地处理技术等，但由于每户产生的水量较小有机物较少，产生的沼气无法持续供能具有一定局限性，由于含有一定悬浮固体采用人工湿地技术存在容易堵塞、处理效率不高等问题。因此急需适合户厕水质特点的原位资源化处理技术来高效去除黑水污染物和病原微生物，并将出水作为可利用资源。微生物电解技术是在外加微弱电压条件下，电化学活性微生物和其他微生物的协同作用使阳极发生有机物氧化阴极发生还原的过程，能有效处理高有机物浓度废水。与传统生物处理技术相比、微生物电解技术具备的弱点刺激特性还能加快微生物对污染物的转化，由不同功能菌群参与的复杂生物电化学过程能充分实现黑水中碳氮磷等元素的资源化。与生态处理技术相比，减少了用地面积和操作难度，一体化装置更加方便实施。与已有的农村污水处理设备相比本专利技术投资运行费用低，采用了价格低廉的碳基电极材料和导电塑料－炭黑填充型导电颗粒，化学性能和导电性能稳定。本技术黑水处理效果良好，可强化对病原微生物的去除，处理后的污水符合《农田灌溉水质标准GB5084》，因此将其作为核系统原位处理农村户厕黑水可从源头上解决农村污水处理难、资源化难的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对上述缺陷，提供一种操作简便，具有高效低耗，操作简便，系统运行稳定，可以资源化无害化处理黑水的农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，包括预处理调节区、微生物电解强化处理区和三级处理澄清区，所述预处理调节区上部设置有第一排气口，所述微生物电解强化处理区上部设置有第二排气口，所述微生物电解强化处理区设置有阳极区、阴极区、外接直流电源和电阻，所述阳极区内填充有炭黑导电塑料颗粒，中间插入碳棒作为阳极电极，所述阴极区内设置有作为阴极电极的缠绕于钛丝上的碳纤维刷，所述阳极电极和所述阴极电极两端连接导线形成闭合回路。
[0006]进一步地，所述预处理调节区内设置有搅拌装置。
[0007]进一步地，所述三级处理澄清区内竖直设置有挡板。
[0008]进一步地，所述炭黑导电塑料颗粒的粒径为2cm
‑
3cm。
[0009]进一步地，所述外加直流电源的工作电压为0.8V。
[0010]进一步地，所述炭黑导电塑料颗粒的制备原料，按照重量份计，包括以下组分：
[0011][0012]进一步地，所述纳米铁氧化物颗粒的粒径为10nm～30nm；所述纳米铁氧化物为α
‑
Fe2O3、β
‑
Fe2O3、γ
‑
Fe2O3、Fe3O4或FeO中的任一种。
[0013]进一步地，所述炭黑导电塑料颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1：将所述重量份的纳米铁氧化物颗粒浸没于浓度为8％～10％的氢氧化钠溶液中，浸没时间为1h
‑
1.5h，然后采用蒸馏水清洗1
‑
2遍，以去除表面的油污，然后采用质量分数浓度为2％的稀盐酸浸泡60min，以去除表面的氧化物，采用蒸馏水清洗1
‑
2遍，烘干备用；
[0015]S2：将所述重量份的过硫酸钾溶于300ml
‑
500ml蒸馏水中，将所述重量份的活性炭、所述重量份的聚苯胺和所述S1步骤处理后得到的纳米氧化铁颗粒加入过硫酸钾溶液中，于60℃～80℃下以200rpm～300rpm转速搅拌1h～2h，搅拌过程中不断加入所述重量份的N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，然后静置10min；
[0016]S4：将所述S2步骤得到的沉淀颗粒采用聚偏氟乙烯过滤膜过滤后，采用乙醇和蒸馏水交底清洗3遍
‑
5遍，于阴凉环境下晾干，得到炭黑导电塑料颗粒。
[0017]本专利技术还提供采用上述装置的一种农村户厕黑水原位资源化处理方法，包括以下步骤：
[0018]1)首先将农村户厕黑水引入至所述预处理调节区，在所述搅拌装置作用下缓慢搅动进行水解酸化，复杂有机物在微生物胞外酶的作用下进行水解和发酵，将大分子物质破链成小分子溶解态有机物，然后依次发生进入厌氧发酵产氢产乙酸和产甲烷阶段，产生少量的甲烷、氢气、二氧化碳气体从所述第一排放口排出；复杂有机物为粪便等；
[0019]2)所述预处理调节区处理后的黑水进入所述微生物电解强化处理区，有机物在阳极被长期运行产生的电化学活性微生物和其他微生物利用得到分解去除，一方面，在所述阳极区的炭黑导电塑料颗粒表面会长出生物膜富集丰富的微生物菌群强化处理污染物，另一方面，含有电化学活性菌的微生物群落降解有机物时产生电子、H
+
、CO2、CH4，在电化学活性微生物代谢过程中，电子从细胞内转移到了细胞外的阳极碳棒电极上，然后通过外接直流电源在电源提供的电势差作用下到达阴极，电子和质子在阴极结合产生氢气；
[0020]3)经过所述微生物电解强化处理区处理后的黑水经过所述三级处理澄清区排出所述装置，完成黑水的原位资源化处理。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022]1、本专利技术提供的农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法操作简便，具有高效低
耗，操作简便，系统运行稳定，可以资源化无害化处理黑水等优点，适用于水量小的户厕黑水处理。
[0023]2、本专利技术提供的农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法将每户水冲厕所产生的黑水先进入预处理池通过水解酸化作用将大分子有机物转化为小分子有机物，然后进入配有导电塑料颗粒和碳纤维电极的微生物电解系统，施加微弱电压刺激微生物作用，强化处理黑水中的污染物和病原微生物，污水最后流入澄清区先经过一道挡板折流再出水，澄清区作为出水储存池，处理后的出水可作为农田液肥。
[0024]3、本专利技术提供的农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法将每户水冲厕所产生的黑水通过设置位于中间的微生物电解强化处理区，通过自制备得到的采用纳米铁氧化物颗粒与活性炭和导电高分子聚合物聚苯胺改性得到的炭黑导电塑料颗粒，能够在阳极发生氧化还原反应Fe
‑
2e
→
Fe
2+...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，包括预处理调节区(1)、微生物电解强化处理区(4)和三级处理澄清区(12)，所述预处理调节区(1)上部设置有第一排气口(3)，所述微生物电解强化处理区(4)上部设置有第二排气口(7)，其特征在于，所述微生物电解强化处理区(4)设置有阳极区、阴极区、外接直流电源(8)和电阻(9)，所述阳极区内填充有炭黑导电塑料颗粒(11)，中间插入碳棒(10)作为阳极电极，所述阴极区内设置有作为阴极电极的缠绕于钛丝(5)上的碳纤维刷(6)，所述阳极电极和所述阴极电极两端连接导线形成闭合回路。2.根据权利要求1所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述预处理调节区(1)内设置有搅拌装置(2)。3.根据权利要求1所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述三级处理澄清区(12)内竖直设置有挡板(13)。4.根据权利要求1所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述炭黑导电塑料颗粒的粒径为2cm
‑
3cm。5.根据权利要求1所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述外加直流电源的工作电压为0.8V。6.根据权利要求1所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述炭黑导电塑料颗粒的制备原料，按照重量份计，包括以下组分：7.根据权利要求6所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述纳米铁氧化物颗粒的粒径为10nm～30nm；所述纳米铁氧化物为α
‑
Fe2O3、β
‑
Fe2O3、γ
‑
Fe2O3、Fe3O4或FeO中的任一种。8.根据权利要求6所述的一种农村户厕黑水原位资源化处理装置，其特征在于，所述炭黑导电塑料颗粒的制备方法，包括以下步骤：S1：将所述重量份的纳米铁氧化物颗粒浸没于浓度为8％～10％的氢氧化钠溶液中，浸没时间为1h
‑
1.5h，然后采用蒸馏水清洗1
‑
2遍，以去除表...
【专利技术属性】
技术研发人员：周雪飞，张亚雷，徐娇，尹文俊，杨黎彬，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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