[实用新型]一种新型电生物耦合反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于废水处理技术领域，特别是涉及一种可用于污水处理的新型电生物耦合反应器。 

背景技术

电生物耦合技术是在同一个反应器内将电化学反应与微生物反应耦合起来，彼此发挥各自的长处，达到互补和增强处理效果的目的，从而实现提高污水的去除效率，降低设备投资等。生物处理和电化学处理是用于污染控制的两种重要方法，二者各有其优缺点。电生物耦合技术可充分发挥二者的优点，并弥补或克服对方的缺点，因此具有更好的处理效果和更广泛的应用。 

当前电生物反应器的设计不能满足废水处理更高的要求。因此，我国部分学者以电生物处理废水的基本原理为出发，基于反应器内部结构、电极材料等设计出各种有利于发挥其协同作用的反应器。郭一令等设计了旋转电极型生物反应器，对以氢气为电子供体的自养反硝化脱氮进行研究。曲久辉等采用活性炭纤维或石墨板作阳极，活性炭纤维作阴极，设计了采用自然吸附法挂膜的电生物反应器。范彬等设计了下部为固定床异养反硝化，上部为电极生物膜反硝化的反应器，通过培养异养微生物获得了良好处理效果。范彬等将三维电极电化学处理技术与生物膜法相结合研制了新型的电生物反应器，使脱氮效果大幅度提高。国内外对于电极生物反应器各方面的研究，不仅从理论上证实了电生物脱氮的可行性，且促进了此类反应器结构设计的更好更快发展。 

曝气生物滤池（BAF）技术是一种环保、经济、高效、节能的污水处理新技术, 能实现水资源可再生及持续利用, 非常适合我国污水处理方面所面临的水资源短缺、资金不足, 技术相对落后的现状。BAF 基本原理在于以颗粒填料为介质, 通过附着在填料上生物膜及聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物链分级捕食作用, 实现去除水中污染物的目的。BAF 对处理一些有毒有害、难降解有机物方面有了一定的研究，然而城市污水经过二级处理后,BOD/ COD 非常低, 出水 COD 仍会偏高, 废水水质大部分属于溶解性但不可生物降解, 因此单独采用BAF对于成分复杂的有毒有害不可生物降解有机物的去除效果较低，这就需要通过如一定的氧化预处理来矿化有机物, 使其中一部分被直接氧化成水和二氧化碳等小分子无机物, 另一部分被分解为能再次被微生物氧化分解的中间产物，然后通过吸附或者生物方法达到去除有机物的目的。滤料作为曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功能有直接的影响，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。曝气生物滤池的生物降解性能的优劣很大程度上取决于滤料的性质，滤料的选择不仅决定了可供微生物附着生长的比表面积的大小和生物膜量的多少，还影响着反应器中的水动力学状态。目前具有一定特殊性能的滤料已经应用到BAF中，例如：活性炭颗粒、天然斜发沸石，这些具有一定吸附性能和离子交换性能的滤料，能够很好地将滤料的吸附性、离子交换性能与滤池的过滤、生物代谢功能有机结合起来，更有效地去除城市污水中的难降解有机污染物。 

三维电极是一种新型的高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，尤其适用于降解反应速率低或系统中极限电流密度小的反应体系。三维电极的工作机理在于复极性床（没有隔膜）主要通过主电极间的电场使工作电极粒子（高阻抗）因静电感应而分别带上正负电荷，使每一个粒子成为一个独立的电极，电化学氧化和还原反应可在每一个电极粒子表面同时进行，缩短了传质距离。粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，常用的几种粒子电极包括活性炭、金属氧化物以及负载的金属或金属氧化物，然而这些粒子电极存在如下问题：活性炭颗粒的阻抗相对较小，装填于三维电极反应器中运行时容易形成短路电流，从而降低电流效率，并且活性炭粒子在电解过程中还会出现粉化现象；金属氧化物粒子电极在电解过程中会有一些有毒的离子溶出，会成为二次污染物，例如PbO2粒子电极；负载的金属或金属氧化物克服了活性炭粒子电极的缺点，提高了废水处理效果，但也存在负载金属易于脱落等问题。目前，对于三维电极体系，为了提高电流效率，在深入了解三维电极催化反应机理的基础上，设计及制备在常温常压条件下具有良好的导电性、吸附性和催化性能粒子电极是今亟待解决的关键问题。