电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置及其启动和使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及污水处理领域，公开了一种藻菌共生降解苯胺脱氮装置，包括反应器箱体，进水口连有进水箱，出水口连有出水箱，进水管上设有进水泵，反应器箱体内设置有无泡曝气阳极、石墨烯泡沫钛阴极及搅拌桨，无泡曝气阳极与直流电源的正极电连，石墨烯泡沫钛阴极与直流电源的负极电连，无泡曝气阳极还连有为其供气的曝气泵，曝气泵设有流量控制器系统。本发明专利技术还公开了一种藻菌共生降解苯胺脱氮装置的污泥驯化方法和使用方法。本发明专利技术一种藻菌共生降解苯胺脱氮装置及其污泥驯化方法和使用方法，实现降解过程中减少曝气能耗，且可以在一个反应室内耦合缺氧和好氧环境，使得苯胺降解、硝化反应、反硝化反应能够在一个反应室内同时进行。行。

【技术实现步骤摘要】
电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置及其启动和使用方法


[0001]本专利技术涉及污水处理领域，具体涉及一种电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置及其启动和使用方法。

技术介绍

[0002]苯胺及其中间产物在制革、印染、橡胶等化工产业的生产活动中作为原材料而广泛应用，这类工业工艺中产生的高毒性废水如果不经有效处理，就会对人类生存环境带来严重的威胁。并且苯胺在降解过程中，氨氮作为其降解中间产物大量脱出的现象也值得注意。生物法相比于物理法和化学法，是实现苯胺和氨氮高效同步脱除最经济、应用也最广泛的方法之一。
[0003]目前常规的生物法处理苯胺废水存在着较多短板，例如为了刺激苯胺降解和硝化等功能菌群的活性，通常会往反应器中大量曝气，大量曝气会带来较大的能耗浪费；并且传统生物法的运行过程将苯胺降解和硝化在时间上分开进行，反应器中先实现完全的苯胺降解再开始硝化，从而使得整个反应过程的效率较低，水力停留时间较长。长时间的高强度曝气也进一步推高了成本。
[0004]另外，传统反应器的脱氮性能较差，如果反应器受到水量、水质突变等冲击，其出水效果也会受到很大的影响。传统反应器较差的脱氮能力会增加下游工艺的脱氮负荷，容易引起出水氨氮、总氮含量超标。
[0005]藻菌共生系统能有效强化苯胺降解和同步脱氮的过程。藻本身可以吸收利用一部分苯胺降解过程中脱出的氨氮、硝氮和亚硝氮，降低出水中的氮含量。并且在在光照/黑暗的循环条件下，藻菌共生系统可以有效地发挥藻和菌的协同作用。藻类可通过光合作用，吸收利用细菌代谢时产生的CO2，达到碳减排的同时，还会产生O2和分泌少量乙酸、丙酸等有机质和一些胞外聚合物，为细菌代谢活动提供O2和碳源，不仅降低了反应器所需曝气量，有效解决共生系统好氧曝气能耗较高的难题，还达到了碳减排的目标。
[0006]基于电刺激的生物强化技术是电化学和生物化学相结合的一种新型污水处理技术，主要是利用弱电场来刺激微生物的生长和代谢。阳极附近苯胺等有机质降解后产生的电子通过电路被输送至阴极附近，为反硝化反应提供电子。通过将阴极和阳极分室的方法，可以将苯胺降解过程中的苯胺降解、硝化反应、反硝化反应分开进行，能大大提高苯胺降解以及脱氮效率。但相应成本就会增高，如何将三者耦合在一个反应室中进行则成为目前电刺激生物强化技术的一个难点。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置及其启动和使用方法，实现降解过程中减少曝气能耗，提高苯胺降解和脱氮效率，在藻菌之间互相利用代谢产物的同时能有效降低系统的碳排放，且可以在一个反应室内耦合缺氧和好氧环境，使得苯胺降解、硝化反应、反硝化反应能够在一个反应室内同时进行，达
到节省反应器建设和管理运营成本的目的。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所设计的电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置包括反应器箱体，设在所述反应器箱体底部的进水口通过进水管连有进水箱，设在所述反应器箱体中部的出水口通过出水管连有出水箱，所述进水管上设有进水泵，所述反应器箱体内设置有无泡曝气阳极、石墨烯泡沫钛阴极及通过驱动电机驱动的搅拌桨，所述无泡曝气阳极与直流电源的正极电连，所述石墨烯泡沫钛阴极与所述直流电源的负极电连，所述无泡曝气阳极还连有为其供气的曝气泵，所述曝气泵设有流量控制器系统。
[0009]优选的，所述无泡曝气阳极包括由金属镍制成的泡沫金属曝气头，所述泡沫金属曝气头内部设有空腔，所述泡沫金属曝气头的外面包裹有无泡曝气膜束，所述泡沫金属曝气头的顶部焊接有金属铜导电通气接头，所述金属铜导电通气接头通过导电线与所述直流电源的正极电连，所述金属铜导电通气接头内部设有与所述空腔连通的通气腔道，所述通气腔道通过曝气导管与所述曝气泵连通，所述空腔与所述通气腔道通过第一焊接点位焊接在一起，所述第一焊接点位和所述金属铜导电通气接头的外露部分均涂覆有环氧树脂。
[0010]优选的，所述无泡曝气膜束为多孔αAl2O3陶瓷膜，该材料能为附着在上面的藻菌共生生物膜提供附着位点，并作为氧传递介质为生物膜传递氧气，所述多孔αAl2O3陶瓷膜的孔径为0.1～0.2μm，陶瓷膜较强的疏水性使得膜表面液膜层薄，气体扩散受液膜的阻力也较小，同样的曝气强度下，多孔α
‑
Al2O3陶瓷膜的传氧更高效，附着在上面的苯胺降解菌和硝化菌所吸收的氧气更多，高传氧效率的膜材料和藻菌互利共生的特性使得该系统能进行高效的苯胺降解和硝化反应，所述泡沫金属曝气头的通孔率为95～99％，其孔隙率为55～96％，是一种良好的均匀曝气材料，泡沫镍材料作为一种不溶性阳极，其本身就不易将镍离子释放出来，并且电刺激生物系统极低的电压电流使得泡沫镍在该反应器中作为阳极有着安全且高效的特征。
[0011]优选的，所述石墨烯泡沫钛阴极包括微米级的实心泡沫钛，所述实心泡沫钛顶部通过第二焊接点位焊接有铜导电接头，所述铜导电接头通过导电线与所述直流电源的负极电连，所述第二焊接点位和所述铜导电接头上均涂覆有环氧树脂，所述实心泡沫钛的外表面涂覆有氧化石墨烯，该阴极表面具有较大的比表面积，易于被菌胶团附着等优点，并且钛电极较好的导电能力使该电极能够较好地发挥电刺激作用，充分改变反硝化菌细胞膜的渗透性及其生长代谢活性和群落结构等特性，进而提升系统整体的脱氮性能。
[0012]优选的，所述氧化石墨烯通过改良hammers法制备，所述氧化石墨烯涂覆完成后，将涂覆完成的所述石墨烯泡沫钛阴极置入0.7～1g/L的苯酚溶液中还原1.5～3h，然后使用蒸馏水冲洗10～20min后，置于阴凉干燥处风干即可使用。
[0013]优选的，所述反应器箱体的底部设有排泥口，所述反应器箱体底部有0.002～0.004的坡度。
[0014]优选的，所述反应器箱体的顶部设有取样和检查口。
[0015]一种所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置的启动方法，包括如下步骤：
[0016]A)阳极和阴极的挂膜准备：
[0017]在完成装置无泡曝气阳极和石墨烯泡沫钛阴极的反应器箱体内，注入淘洗过的藻菌共生活性污泥，所述藻菌共生活性污泥的浓度为3～4g/L，溶解氧控制为相对缺氧环境，注入的所述藻菌共生活性污泥的体积为所述反应器箱体池容的40～50％，同时往池内注入
人工配置低浓度苯胺废水，所述人工配置低浓度苯胺废水的苯胺浓度为150～200mg/L，注入的所述人工配置低浓度苯胺废水的体积为所述反应器箱体池容的40～50％，并将所述反应器箱体置于光源下，以供藻类进行光合作用，启动所述曝气泵向所述无泡曝气阳极供气，使其曝气强度为0.05～0.25mPa，所述藻菌共生活性污泥的溶解氧控制为相对缺氧环境，持续曝气；
[0018]B)藻菌共生生物膜挂膜：
[0019]设置所述反应器箱体为序批式运行，每个运行周期包括：进水3～5min，曝气搅拌250～350min，静置沉淀40～60min，出水3～5min，其中进水为所述人工配置低浓度苯胺废水，出水为上清液，每个周期切换时的换水比为50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，包括反应器箱体(1)，其特征在于：设在所述反应器箱体(1)底部的进水口(2)通过进水管(3)连有进水箱(4)，设在所述反应器箱体(1)中部的出水口(5)通过出水管(6)连有出水箱(7)，所述进水管(3)上设有进水泵(8)，所述反应器箱体(1)内设置有无泡曝气阳极(9)、石墨烯泡沫钛阴极(10)及通过驱动电机(11)驱动的搅拌桨(12)，所述无泡曝气阳极(9)与直流电源(13)的正极电连，所述石墨烯泡沫钛阴极(10)与所述直流电源(13)的负极电连，所述无泡曝气阳极(9)还连有为其供气的曝气泵(14)，所述曝气泵(14)设有流量控制器系统。2.如权利要求1所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，其特征在于：所述无泡曝气阳极(9)包括由金属镍制成的泡沫金属曝气头(15)，所述泡沫金属曝气头(15)内部设有空腔(16)，所述泡沫金属曝气头(15)的外面包裹有无泡曝气膜束(17)，所述泡沫金属曝气头(15)的顶部焊接有金属铜导电通气接头(18)，所述金属铜导电通气接头(18)通过导电线(19)与所述直流电源(13)的正极电连，所述金属铜导电通气接头(18)内部设有与所述空腔(16)连通的通气腔道(20)，所述通气腔道(20)通过曝气导管(21)与所述曝气泵(14)连通，所述空腔(16)与所述通气腔道(20)通过第一焊接点(22)位焊接在一起，所述第一焊接点位(22)和所述金属铜导电通气接头(18)的外露部分均涂覆有环氧树脂。3.如权利要求2所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，其特征在于：所述无泡曝气膜束(17)为多孔αAl2O3陶瓷膜，所述多孔αAl2O3陶瓷膜的孔径为0.1～0.2μm，所述泡沫金属曝气头(15)的通孔率为95～99％，其孔隙率为55～96％。4.如权利要求1所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，其特征在于：所述石墨烯泡沫钛阴极(10)包括微米级的实心泡沫钛(23)，所述实心泡沫钛(23)顶部通过第二焊接点位(24)焊接有铜导电接头(25)，所述铜导电接头(25)通过导电线(19)与所述直流电源(13)的负极电连，所述第二焊接点位(24)和所述铜导电接头(25)上均涂覆有环氧树脂，所述实心泡沫钛(23)的外表面涂覆有氧化石墨烯(26)。5.如权利要求3所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，其特征在于：所述氧化石墨烯(26)通过改良hammers法制备，所述氧化石墨烯(26)涂覆完成后，将涂覆完成的所述石墨烯泡沫钛阴极(10)置入0.7～1g/L的苯酚溶液中还原1.5～3h，然后使用蒸馏水冲洗10～20min后，置于阴凉干燥处风干即可使用。6.如权利要求1所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，其特征在于：所述反应器箱体(1)的底部设有排泥口(27)，所述反应器箱体(1)底部有0.002～0.004的坡度。7.如权利要求1所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置，其特征在于：所述反应器箱体(1)的顶部设有取样和检查口(30)。8.一种如权利要求1所述电刺激藻菌共生降解苯胺并脱氮装置的启动方法，其特征在于：包括如下步骤：A)阳极和阴极的挂膜准备：在完成装置无泡曝气阳极(9)和石墨烯泡沫钛阴极(10)的反应器箱体(1)内，注入淘洗过的藻菌共生活性污泥(28)，所述藻菌共生活性污泥(28)的浓度为3～4g/L，溶解氧控制为相对缺氧环境，注入的所述藻菌共生活性污泥(28)的体积为所述反应器箱体(1)池容的40～50％，同时往池内注入人工配置苯胺废水，所述人工配置低浓度苯胺废水的苯胺浓度为150～200mg/L，注入的所述人工配置苯胺废水的体积为所述反应器箱体(1)池容的40～<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张倩，苏君豪，谭斌，何静，张运杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：