[发明专利]一种电化学脱氮除磷装置及方法

说明书

本发明属于废水处理技术领域，公开了一种电化学脱氮除磷装置及方法。该装置包括三维电催化氧化单元反应器、三维电生物耦合单元反应器、轻质滤料滤池单元反应器和三维电絮凝除磷单元反应器；总进水管、三维电催化氧化单元反应器、三维电生物耦合单元反应器、轻质滤料滤池单元反应器依次连接；轻质滤料滤池单元反应器的出水管分别与总出水管和三维电絮凝除磷单元反应器的进水管连接；三维电絮凝除磷单元反应器的出水管通过回流泵和止回阀与轻质滤料滤池单元反应器的进水管连接。各个反应器的池体的底部均设置有曝气管和放空管。本发明可通过电化学絮凝、电催化氧化和电活性微生物共同作用达到污水高效处理的目的，具有脱氮除磷效率高等优势。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体地，涉及一种电化学脱氮除磷装置及方法。

背景技术

目前，各地污水处理排放标准日趋严格，敏感区水源地污染问题突出，治理需求紧迫。传统生物法脱氮除磷只有当原污水BOD5/TN值大于4～6，且BOD5/TP值大于20时才能同时满足生物脱氮除磷对碳源的需求，通常将COD200mg/L，COD/TN8的污水称为低碳源污水。对于氨氮含量很高且C/N比极低的高氨氮低碳源生活污水，应用生物脱氮除磷工艺会存在停留时间较长、碳源和碱度等药剂投加成本较高、污泥产量和耗氧量增加等问题，进一步增加分散污水处理工程投资运行成本和运维难度。因此，针对该种低碳源分散式生活污水开发一种经济高效的同步脱氮除磷污水处理工艺具有非常好的应用前景。

电化学氧化法由于占地面积少、可提高B/C、具有灭菌消毒的功能、受温度影响小、操作简单、易于控制、不产生污泥、不用外加药剂、产泥少以及绝大部分氨氮直接氧化为氮气等优点而引起广泛关注。其中二维电氧化因大多依靠阳极的间接氧化作用达到去除氨氮的目的，存在电流效率低和耗能大的缺点。现有研究中通过添加氯盐降低能耗的方法不能转化应用，而针对三维电极的研究逐步引起国内外重视。相对于传统的二维电极，三维电极法由于引入粒子电极，有效的增加了电极表面积和反应速率，反应速度更快，占地更小，且无需外加盐即可实现较低的能耗效率比，避免了二次污染，可单独或与其它技术联合使用，易于标准产品化。目前，优化三维电催化氧化技术的方法主要集中于开发高效的粒子电极、催化剂、极板板材和反应装置等，对运行控制系统的优化不够重视。而通过适当的手段，优化运行控制系统，使电催化氧化反应保持在高效段进行，在实际工程应用中具有更大的可操作性，因此，基于三维电催化氧化脱氨技术开发一种经济高效的分散式污水预处理脱氨的装置及方法具有重要现实意义。

电生物耦合工艺是将电化学作用以及生物作用相互结合，外加电场强化环境下，随着场强的适当增加，微生物酶系统活性将被增强，酶促反应速率提高，有利于提高微生物对污染物的处理能力；细胞有丝分裂周期缩短、增殖速率加快、生物群落中微生物生长繁殖速度加快；细胞膜通透性增强，适当的电场强度增强了基质流体的传质作用；电解过程中产生的H₂还可被氢自养反硝化细菌利用发生反硝化反应。同时，系统中有机碳源还可以作为异养反硝化菌的电子供体。因此，该工艺运行可以节省碳源，适用于低C/N再生水的深度脱氮。国内外对电极-生物膜反应器处理污水进行了大量理论和应用研究，尚未进行产品化和工程化。因此，基于三维电生物耦合技术开发一种经济高效的分散式污水处理装置及方法具有重要现实意义。

二维电絮凝已经开始逐步在分散式污水除磷领域开始应用，然而其仍然存在能耗高，出水总磷无法达到较高的排放标准等问题。相比之下，三维电絮凝具有更高的电极比表面积，更低的能耗，更高的去除效率等优势。因此，基于三维电絮凝技术开发一种经济高效的污水处理除磷装置及方法具有重要现实意义。且磷在生物圈中大部分是单向流动的，而磷矿石的储量十分有限，我国磷矿储量中杂质含量低、品味高的磷矿预计将在未来的10～15年被开采完。因此开发污水中磷资源回收技术具有重要现实意义。

因此，基于目前的上述技术的发展现状，亟待提出一种具有良好应用前景的新型电化学脱氮除磷装置及方法。

发明内容