[发明专利]电化学耦合上流式厌氧生物反应装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电化学耦合厌氧生物反应装置及方法，其属于水处理技术领域。

背景技术

在废水生物处理领域，厌氧生物处理技术应用范围广、运行能耗低、容积负荷高、污泥产量少、并具有产沼产能作用，是废水处理工艺中最广泛应用的工艺之一。厌氧生物处理工艺从最初的化粪池到后续开发的厌氧生物滤池、厌氧接触法、分段厌氧处理法、污泥膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘等，发展迅猛、应用广泛。其中上流式厌氧污泥床反应器（UASB），因其具有有机负荷和去除率高，抗负荷冲击和温度、pH变化能力强等特点，已成为厌氧生物处理的主流工艺装置。但在一定的冲击负荷条件以及有毒物质的影响下，厌氧反应器容易发生出水COD升高，pH下降以及反应器污泥上浮或洗出的酸化现象，并且这一现象长期以来也成为UASB这一主流工艺的推广应用的限制因素之一。

氯代硝基苯是一类典型的含氯含硝基芳烃化合物，它具三致效应和遗传毒性，属于我国规定的一类优先污染物，广泛应用于医药、农药和染料等行业，其化学性质稳定、难生物降解，常规厌氧生物处理工艺对其不能降解或因缺乏可用电子供体导致降解速率十分缓慢。目前，国内外对该类难降解污染物的修复技术通常是通过添加可酵解有机物或者可缓慢释放氢气的物质（如ZVI等），作为电子供体来加速氯代化合物的还原降解，但上述方法电子供体由于扩散作用或者被非生物作用利用导致不必要的损失，且利用效率不高。电化学耦合厌氧微生物工艺是一种新兴的厌氧生物处理技术，近年来逐渐应用于废水中硝酸盐、高氯酸盐、金属Cr以及偶氮染料的处理，但现有污染物去除种类较为单一、电极强化功能有限。同时，电极耦合工艺电极安装方式受限，缺乏一种稳固并且电极面积、电极间距可调的安装方式。

此外，耦合系统缺乏一套有效的运行监控方式，并且生物电极强化厌氧生物反应器对氯代硝基苯的作用机理有待进一步明确。因此，开发新型电化学耦合厌氧生物反应装置处理难降解有机废水具有较高的应用价值。

发明内容

本发明的目的是在于克服上述技术中存在的不足，提供一种设计合理、结构优化、加工成本低廉的电化学耦合上流式厌氧生物反应装置及使用方法。

本发明采用的技术方案概括如下：

    一种电化学耦合上流式厌氧生物反应装置，包括上流式厌氧生物反应器筒体、生物电极系统、恒温水浴系统，生物电极系统为所述的上流式厌氧生物反应器筒体内微生物体系提供电子供体，恒温水浴系统为所述的上流式厌氧生物反应器筒体提供恒温水浴；

所述的生物电极系统包括一对平行放置的生物电极、直流电源、导电钛线、电化学工作站，所述的生物电极包括生物阴极和生物阳极；

所述的上流式厌氧生物反应器筒体内部从下往上依次设置布水板、污泥床和三相分离器，所述的上流式厌氧生物反应器筒体底部经进水管道与进水泵相连；在上流式厌氧生物反应器筒体上部，气体经过三相分离器后通过气体管道与湿式气体流量计相连；三相分离器顶部设有溢流堰，三相分离器分离的消化液经溢流堰由出水口外排；布水板上部和污泥床之间通过可拆卸电极固定装置设置一对平行放置的生物电极，生物电极通过金属导线经上流式厌氧生物反应器筒体上设置的导线封闭通道与外部的直流电源相连。

所述的生物阴极为不锈钢网电极，生物阳极为石墨毡电极，金属导线为导电钛线。

所述的上流式厌氧生物反应器筒体通过紧固螺栓固定ORP计探头、pH探头，通过导线分别与氧化还原电位检测仪、pH检测仪连接，用于实时监测反应器内部ORP和pH指标。

所述的恒温水浴系统包括套筒、循环泵、水浴加热装置，所述的套筒套在上流式厌氧生物反应器筒体的外部，套筒和上流式厌氧生物反应器筒体之间的水通过循环泵和管道与水浴加热装置相连，维持反应装置内的温度恒定，保障厌氧生物反应装置稳定高效运行。

所述的生物电极通过可拆卸电极固定装置固定，与上流式厌氧生物反应器筒体的圆筒轴线平行放置，所述的可拆卸电极固定装置包括膜固定件、第一固定条、第二固定条；

所述的膜固定件为一个长方体挖去中间一个长方体构成的框架，膜固定件的前后两个面用于固定生物电极的宽边一端，膜固定件的宽面中心各打有一个不穿透的圆孔槽，用于连接第一固定条、第二固定条，第一固定条和第二固定条通过在上流式厌氧生物反应器筒体上安装的有机玻璃管通道与膜固定件相连，连接筒体的一端与连接膜固定件一端的接口处装有垫圈。