[发明专利]一种内置电活性生物载体模块的污水处理的装置

说明书

一种电活性生物载体模块及用其进行污水处理的装置，涉及生物电化学领域和污水处理领域。该电活性生物载体模块由阳极模块和阴极模块组成，均由导电材料制成。其中，阳极模块由碳纤维刷串联而成，呈垂直环形结构，阴极模块由不锈钢网串联组成，不锈钢网呈褶皱状水平层叠设计，阳极和阴极模块通过外部导线连接，形成电路。阳极模块及阴极模块表面均可富集微生物，并在表面形成生物膜。电极模块置于升流式污水处理装置中，作为电活性生物载体，构成内置电极生物载体的复合型污水处理装置，具有强化污水处理效能和回收电能的作用。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域和污水处理领域，具体涉及一种电活性生物载体模块及用其进行污水处理的工艺装置。

技术背景

厌氧生物法是在兼性厌氧菌和专性厌氧菌等微生物的共同作用下，将污水中的有机污染物降解生成甲烷、二氧化碳等物质，由于其具有成本低、效果好以及绿色环保等优点，成为当前实际污水处理的主流方法，但也存在一定的缺陷，即处理速度慢、启动时间长、构筑物容积大等，极大限制了厌氧生物法的发展。生物载体的应用，可大大提高厌氧生物法的效率。在传统厌氧生物处理工艺中引入生物载体对微生物进行富集，通过较大的比表面积和适宜生物附着的表面性质，为生物反应器提供更大的生物量和生物反应场所；同时研究证明生物载体能够依靠本身结构对气、水进行再分布，从而提高对污染物的去除效果。

为了进一步强化厌氧生物工艺的处理效率、加快反应速度，本发明提出了一种三维构型的电极生物载体，并构建复合型厌氧工艺装置，通过引入微电场，在电极生物载体表面定向富集电活性功能微生物，不仅对微生物起到固定化的作用，而且能够增大生物量。通过电位调控和电活性微生物催化作用加快厌氧生物法的处理速度。尽管电极生物载体的引入能够有效克服厌氧生物工艺处理速度慢的弊端，但要将其应用于实际污水处理的厌氧工艺中，还需要解决扩大规模后阻值增大、性能下降的问题。已有研究证明，随着规模的扩大，电压损失受电极材料内阻和平均电流密度的影响更加明显；同时，还需要从流体力学方面考虑电极的构型，良好的流动模式可以提供适当的生物膜生长、强度和活性以及有效利用反应器的体积，并且利于污染物的传质过程，最终达到增强工艺效能的目的。

本发明提供了一种电活性生物载体模块，并构建复合型厌氧生物工艺装置，强化污水处理。生物载体模块构型的设计，主要基于加强溶液混合、延长基质停留时间的原则，并且通过示踪实验对复合型工艺的停留时间分布进行了分析，结合计算流体力学模拟(CFD)评估电活性生物载体模块对流体流态和工艺效能的优化贡献。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电活性生物载体模块及用其处理污水的工艺装置，该发明具有增大生物量、改善水力流态、提高污水处理效率的作用。

本发明的一方面，提供了两种电活性生物载体模块，分别包括如下：

(1)环式碳刷电极生物载体模块

所述环式碳刷电极生物载体模块为多个(优选9个)碳刷组合而成；所用碳刷直径为1.5-3.0cm，长度为10-30cm；

将碳刷以盐酸浸泡优选盐酸浓度1mol/L浸泡24h，去除表面杂质后晾干；利用钛丝和塑料螺丝将多个处理后的碳刷间隔20-50mm串联在一根钛丝上，每个碳刷的一端即上端与钛丝固定在一起；将钛丝首尾闭合形成环状，并在中心固定1只碳刷；模块整体为碳刷轴向平行组成圆柱状结构。优选圆柱的直径8cm、高16cm；

(2)波纹不锈钢网电极生物载体模块

所述波纹不锈钢网电极生物载体模块为多片(优选8片)波纹不锈钢网平行层叠组合而成；上下相邻两层波纹不锈钢网的波纹长度方向垂直；层与层之间用钛丝固定连接；优选每片波纹不锈钢网的波峰或波谷的夹角为60°，相邻两波峰或波谷之间的距离为2cm。