[发明专利]磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理领域，为一种磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置及运行方法。

背景技术

厌氧生物处理工艺是目前处理有毒难降解有机废水的有效技术手段之一，该工艺运行能耗低、容积负荷高、污泥产量少、并能在去除COD的同时产生沼气，是废水处理中应用广泛的工艺之一。厌氧生物处理工艺包括上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧生物滤池、厌氧接触工艺、污泥膨胀床、厌氧流化床和厌氧生物转盘等。但由于厌氧微生物菌群的生长特性，使得厌氧生物反应器易发生有机酸积累、启动周期长，影响了厌氧工艺在污水处理中的应用。如何有针对性地克服厌氧生物处理工艺启动难等问题，对厌氧工艺的实际使用具有深远意义。

研究表明，适当的电场刺激能促进微生物的新陈代谢活动，从而提高厌氧生物处理系统性能、解决厌氧过程产酸产甲烷不平衡的问题。然而，生物电化学工艺存在电极表面生物量少、阳极氧化效率受限制，微生物和电极表面之间的电子传递效率不高等问题，致使反应器刚开始启动阶段加电效果并不明显。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置及运行方法。

一种磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置，包括上流式厌氧生物反应器筒体和生物电极系统，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水封瓶进入湿式气体流量计；三相分离器顶部设有溢流堰，三相分离器分离的反应器出水经溢流堰外排并由废液桶接收；所述的污泥床中投加有磁铁矿纳米粒子的厌氧活性污泥，磁铁矿纳米粒子呈球形，平均粒径20-100nm；

所述的生物电极系统包括一对环形生物电极、直流电源、导电铜线、万用表；所述的环形生物电极位于污泥床内，包括生物阴极和生物阳极，环形生物电极通过圆筒形内构件置于反应器筒体内，并由圆筒底部的小圆柱稳固支撑于布水板上；生物电极通过铜导线经与外部的直流电源相连。

所述的生物阳极为石墨纤维刷阳极，所述的生物阴极为石墨毡阴极，其中石墨纤维刷嵌入圆筒形内构件中心，石墨毡环绕在圆筒型支架上并用2mm钛丝捆绑固定，圆筒形内构件的外径和反应器筒体内径大小相等。

所述的石墨纤维刷是由160K碳纤维和直径1.5mm的钛丝按照螺旋状试管刷样式制成，直径2cm，长度14cm。

所述的筒体侧壁中设有供热水循环的空腔，该空腔通过热水循环泵与热水浴箱相连形成循环回路，热水浴箱中设有加热棒，水浴循环装置维持反应装置内的温度恒定，保证厌氧生物反应装置稳定高效运行。

所述的磁铁矿纳米粒子的制备方法如下：用去氧超纯水配置0.3molL^-1的H₂SO₄溶液200mL，加入6.4gFe₂(SO₄)₃·xH₂O和4.45gFeSO₄·7H₂O搅拌溶解，然后将混合溶液滴加入250mL，1.5mmolL^-1氢氧化钠溶液中，同时搅拌使其充分反应，利用磁铁加速悬浊液分离，然后倒掉上清液，用去氧超纯水清洗黑色沉淀并4000rpm离心，此操作重复三次，最终，将黑色沉淀加入0.25L去氧超纯水中形成磁铁矿胶体溶液。

一种所述磁铁矿强化生物电极耦合型UASB装置的运行方法，主要包括以下步骤：

1）反应器接种污泥前，向活性污泥中投加磁铁矿纳米粒子，搅拌混匀；所述的磁铁矿纳米粒子投加后终浓度3gL^-1，磁铁矿纳米粒子呈球形，平均粒径30-100nm；

2）在生物电极耦合型UASB反应器中接种步骤1）得到的混合污泥；

3）把进水COD浓度从800mgL^-1逐渐上升至5000mgL^-1，进水pH调节至6.8-7.2，温度控制在33±2℃，水力停留时间（HRT）为24h。