[发明专利]一种升流式厌氧-生物催化电解耦合强化难降解废水处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及处理难降解废水的装置。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，作为经济支柱的工业行业发展尤为迅猛，由此带来的环境问题也愈发严重，其中的废水问题成为环境领域内的研究热点和难点。工业废水主要特定有：来源复杂，水质水量波动大，含有大量有毒性、难生物降解的污染物等。虽然工业废水的处理技术经过几十年、若干代的发展，出现了一批成型的、已广泛应用的处理技术，但是仍然难以应对日益增加的高浓度、难降解、具有生物毒性的废水。缺乏处理效率高、毒性耐受能力强、稳定可靠的处理技术和工艺设备是环境保护和废水治理领域的瓶颈。

传统的工业废水处理技术主要包括物理化学法和生物法两大部分，其中物理化学法虽然对一些污染物的处理效率极高，但是成本高，操作条件苛刻，需要投加大量的化学药剂，产生有毒、有害副产物，易造成二次污染，严重限制物理化学法在大规模工业废水处理中的应用。生物法，尤其是厌氧生物法是目前普遍采用的工业废水治理技术，其利用微生物新陈代谢过程产生的酶将复杂的，难以降解的污染物分解成小分子易生物降解的有机物，有的微生物可以直接利用复杂有机物作为碳源，用于自身生长；此外，也可以通过驯化微生物，将废水中的污染物定向富集回收加以利用；亦可将废水中的高浓度有机物以甲烷和氢气等形式回收作为清洁能源。厌氧生物处理技术具有无需添加化学药剂，无需曝气，可以回收能源，成本低廉等优势，但是也存在以下不足：

(1)速度慢

厌氧生物反应可以降解水中的大部分污染物，承受较大的进水负荷，但由于厌氧生物自身新陈代谢过程缓慢，导致工艺水力停留时间长，降解负荷较低，因此，厌氧生物工艺速度慢，占地面积大，常常需要与好氧或物化工艺联合来进一步去除厌氧出水中的有机物(COD)及其它污染物。

(2)调控难度大

生物厌氧降解有机废水过程非常复杂，常常需要经过较长时间的驯化才能演替出适合的微生物群落，通过协同作用才能完成对污染物的去除，然而工业废水水质和水量变化大，极易形成冲击负荷，对系统造成不可逆转的影响。因此，厌氧处理工艺的调控长久以来都是废水生物处理的难题。

综上所述，我们需要对现有的厌氧工艺进行改进，以提高工业废水的处理效率，强化废水中难降解污染物的转化和去除，降低操控难度，提高工艺稳定性。

生物电化学技术的发展及其应用潜力

微生物产电现象很早就被科学家发现，上世纪九十年代以来，以微生物燃料电池(MFC)为代表的生物电化学技术因其既能降解废水中的污染物，同时还能产生电能成为环境污染治理和能源开发领域竞相研究的热点技术。之后的研究中发现在外加电压的作用下，生物电化学系统对废水中的难降解污染物具有定向转化能力。生物电化学过程的本质是：阳极上的嗜电极微生物氧化有机物并通过胞外电子传递链将电子通过外电路转移到阴极，通过微生物的催化和电化学反应去除水中的污染物，如：偶氮染料脱色，抗生素脱卤，硝基还原，重金属还原等。

生物电化学工艺的优势有：

(1)生物电化学工艺所需的共基质(有机碳源)量显著低于传统工艺；

(2)对难降解物质的去除效率高，速率快；

(3)相比传统的电化学工艺，成本低，条件温和。

目前，在生物电化学降解偶氮染料，含氯、氟抗生素，硝基芳香烃类污染物处理方面显示该工艺具有巨大的应用潜力。但是在研究过程中也发现生物电化学工艺存在一些问题，如只能利用简单底物作为电子供体，对成分复杂的污染物作为电子时效能受限明显。

发明内容

本发明要解决现有技术处理有毒废水效率低、毒性耐受能力弱，并且缺乏稳定性的问题，而提供一种升流式厌氧-生物催化电解耦合强化难降解废水处理装置。

一种升流式厌氧-生物催化电解耦合强化难降解废水处理装置，由反应器主体、盖板、布水板、钛丝、阴极、阳极、参比电极、电阻和电源组成；其中，反应器主体下部的左右两侧各设一个进水口，反应器主体上部的左右两侧各设一个出水口，集气孔设置在反应器主体的顶端，采样口设置在反应器主体的正面；布水板、阴极和阳极设置在反应器主体的内部，阳极高于阴极，布水板靠近进水口，阴极、电阻、电源和阳极通过钛丝依次连接，参比电极插入反应器主体设置在阴极和阳极之间，盖板和反应器主体的四周均设有螺孔，反应器主体和盖板通过螺钉穿过螺孔组成一体结构。