專利名稱：一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厭氧污水凈化領(lǐng)域中的生物強(qiáng)化裝置及方法，更具體的說，它涉及一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置及方法，主要適用于工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等高濃度難降解廢水的生物強(qiáng)化處理。
背景技術(shù)：
高濃度難降解工業(yè)廢水中污染物濃度高，廢水可生化性差，對生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害，用傳統(tǒng)處理工藝處理效果差，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都存在較大困難，是工業(yè)廢水處理領(lǐng)域長期存在的技術(shù)難題。現(xiàn)有技術(shù)中，有采用物化處理工藝，例如活性炭吸附法、濕式氧化法、蒸餾法等，運(yùn)行費(fèi)用高，投資大，效果仍很不理想；采用焚燒法，或經(jīng)大倍數(shù)加水稀釋化進(jìn)行生化處理，費(fèi)用更加昂貴，工程化應(yīng)用困難。厭氧生物處理過程能耗低，有機(jī)容積負(fù)荷高，一般為5 10kgC0D/m3-d,最高的可達(dá)30 50kgC0D/m3 · d ；厭氧菌對營養(yǎng)需求低、耐毒性強(qiáng)、可降解的有機(jī)物分子量高；剩余污泥量少，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，產(chǎn)出的沼氣是一種清潔的能源。在全社會提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)，關(guān)注工業(yè)廢棄物實(shí)施資源化再生利用的今天，厭氧生物處理顯然是能夠使污水資源化的優(yōu)選工藝。近年來，污水厭氧處理工藝發(fā)展十分迅速，各種新工藝、新方法不斷出現(xiàn)，而上流式厭氧污泥床UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Bed)工藝由于具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重特點(diǎn)，作為能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚镛D(zhuǎn)化成再生清潔能源——沼氣的一項(xiàng)技術(shù)。對于不同含固量污水的適應(yīng)性也強(qiáng)，且其結(jié)構(gòu)、運(yùn)行操作維護(hù)管理相對簡單，造價也相對較低，技術(shù)已經(jīng)成熟，正日益受到污水處理業(yè)界的重視，得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。但是，上流式厭氧污泥床仍存在一定缺陷，進(jìn)水中懸浮物要適當(dāng)控制，不宜過高，一般控制在100mg/L以下，污泥床內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力，并且對水質(zhì)和負(fù)荷突然變化較敏感，耐沖擊力稍差。中國專利申請?zhí)?00710023837. 8，發(fā)明名稱為一種難降解高濃度有機(jī)廢水的處理方法，該申請案公布了芬頓氧化法-EGSB-MBR組合系統(tǒng)處理難降解高濃度有機(jī)廢水的方法；中國專利申請?zhí)?200810196051.0，發(fā)明名稱為催化鐵還原與厭氧水解酸化協(xié)同預(yù)處理工業(yè)廢水的方法，該申請案將毒害污染物的毒性官能團(tuán)脫出，減少毒性污染物對厭氧微生物毒害作用。以上研究雖能提高廢水綜合生物降解性能，但也存在一定問題，對于進(jìn)水懸浮物較高的污水處理效率難以保證，同時對低溫下污水厭氧處理，存在比較大的缺陷。本發(fā)明所采用的填料具有一定的孔隙率，可以在發(fā)揮電解作用的同時吸附和絮凝廢水中的懸浮物； 同時利用太陽能將光能轉(zhuǎn)化為電能，通過電化學(xué)強(qiáng)化低溫下微生物處理效果，彌補(bǔ)現(xiàn)有太陽能轉(zhuǎn)化為熱能技術(shù)中產(chǎn)熱量不足，難以提高污水溫度，污水降解效率不高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題本發(fā)明針對現(xiàn)有厭氧污水生物處理中難降解物質(zhì)(如酰胺、脂類、有機(jī)酸等)處理效率低的不足，以及厭氧反應(yīng)器在低溫下運(yùn)行的缺陷，提供一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置及方法。技術(shù)方案
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為
一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，包括厭氧反應(yīng)器，所述的厭氧反應(yīng)器中設(shè)置有金屬電極板，金屬電極板與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。所述的太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、充電控制器和蓄電池通過導(dǎo)線連接。所述的金屬電極板安裝在厭氧反應(yīng)器的污泥區(qū)，金屬電極板設(shè)有1組以上，金屬電極板通過電池板連接導(dǎo)線與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。所述的太陽能電池板的材料為太陽能多晶硅或單晶硅。一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法，其步驟為
(a)在厭氧反應(yīng)器外安裝太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)，太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)與金屬電極板相連接，并處于斷路狀態(tài)；
(b)接種污泥，保持厭氧反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)負(fù)荷低于lkgCOD/m3· d，運(yùn)行2個月后逐漸提高進(jìn)水濃度至^gCOD/m3 · d，對厭氧反應(yīng)器中的污泥進(jìn)行馴化；
(c)污泥經(jīng)3飛個月完成馴化后，向污泥區(qū)加入新型活性催化微電解填料，控制填料與厭氧反應(yīng)器內(nèi)污泥區(qū)體積比為0. Γ0. 2 ；
(d)待顆粒污泥中有機(jī)物適應(yīng)新型活性催化微電解填料共存環(huán)境后，接通電路，使污泥-填料體系在外加電壓1 3V的狀態(tài)下運(yùn)行，形成外電場-微生物-微電解強(qiáng)化反應(yīng)體系。所述的厭氧反應(yīng)器為上流式厭氧顆粒污泥床，馴化后厭氧反應(yīng)器中污泥形態(tài)呈顆粒狀。所述的厭氧反應(yīng)器為膨脹顆粒污泥床，馴化后厭氧反應(yīng)器中污泥形態(tài)呈顆粒狀。步驟(C)中新型活性催化微電解填料為多孔架構(gòu)式結(jié)構(gòu)，含鐵75 85%、碳10 20%、催化劑 5%，陰陽極形成合金一體化，粒度為10 30mm，比重為1. Og/cm3。本發(fā)明的原理是在微生物-微電解反應(yīng)體系中，新型活性催化微電解填料在無需外接電源的情況下自身產(chǎn)生1.2V電位差，當(dāng)系統(tǒng)通水后設(shè)備內(nèi)形成原電池系統(tǒng)，在其周圍產(chǎn)生許多電場，形成電流。生成的1 2+通過調(diào)節(jié)PH值進(jìn)一步產(chǎn)生狗3+，它們的水合物具有較強(qiáng)的吸附-絮凝作用，可以保證上流式厭氧污泥床對低SS濃度的要求，減小SS對顆粒污泥性狀影響，保證微生物具有高反應(yīng)活性。微電解反應(yīng)中生成大量羥基自由基，對難降解物質(zhì)有較高的去除效果。在污泥區(qū)通過電極板加外加電場后，受外電場影響，反應(yīng)中產(chǎn)生的陰陽離子會加速向特定極板方向運(yùn)動，從根本上增加了底物傳質(zhì)效率。在微生物-微電解反應(yīng)中，離子會在外電場影響下運(yùn)動形成局部濃度差，根據(jù)勒沙特列平衡移動原理，反應(yīng)會降解有機(jī)物生成更多離子，達(dá)到動態(tài)平衡，加速整體反應(yīng)進(jìn)程。本發(fā)明通過將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，在反應(yīng)器污泥區(qū)形成外電場，使反應(yīng)區(qū)同時進(jìn)行生化反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)對微生物生化反應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化，形成外電場-微生物-微電解強(qiáng)化體系。有益效果
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為
(1)利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置及方法，以太陽能-微生物-微電解集成的形
4式，實(shí)現(xiàn)厭氧反應(yīng)器處理難降解有機(jī)物的有效運(yùn)行；
(2)利用太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)，充分開發(fā)利用自然能源，減少電能消耗；
(3)在污泥反應(yīng)區(qū)設(shè)置金屬電極板，形成電場，結(jié)合生化反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)，共同降解有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)了二者的有效聯(lián)合，充分提高反應(yīng)效率；
(4)利用新型活性催化微電解填料，形成微生物-微電解反應(yīng)，使生化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化，同時保證處理效率；
(5)通過外電場從根本上增加傳質(zhì)效果，使低溫條件下對微生物反應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)化，解決厭氧反應(yīng)器冬季運(yùn)行處理效率普遍偏低的問題；
(6)通過投加新型活性催化微電解填料，進(jìn)一步提高難降解物質(zhì)處理效率，有利于提高厭氧反應(yīng)器的污泥負(fù)荷及有機(jī)負(fù)荷，對保證產(chǎn)甲烷率也有重要作用。


圖1為本發(fā)明的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置的整體工藝示意圖； 圖2為本發(fā)明的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法的流程示意圖。附圖中標(biāo)號說明
太陽能電池板1、充電控制器2、蓄電池3、厭氧反應(yīng)器4、進(jìn)水口 5、金屬電極板6、污泥 7、型活性催化微電解材填料8、氣泡9、出水口 10、沼氣口 11、電池板連接導(dǎo)線12。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，包括太陽能電池板 1、充電控制器2、蓄電池3、厭氧反應(yīng)器4、進(jìn)水口 5、金屬電極板6、污泥7、型活性催化微電解材填料8、氣泡9、出水口 10、沼氣口 11和電池板連接導(dǎo)線12，其中厭氧反應(yīng)器4中設(shè)置有金屬電極板6，金屬電極板6與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板1、充電控制器2和蓄電池3通過導(dǎo)線連接， 太陽能電池板1的材料為太陽能多晶硅或單晶硅。金屬電極板6安裝在厭氧反應(yīng)器4的污泥區(qū)，金屬電極板6通過電池板連接導(dǎo)線12與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接，根據(jù)不同反應(yīng)階段，控制開關(guān)，調(diào)節(jié)電流，根據(jù)電極板尺寸和污泥區(qū)有效容積，可設(shè)多組電極板串聯(lián)或并聯(lián)。厭氧反應(yīng)器可選上流式厭氧顆粒污泥床(UASB)和膨脹顆粒污泥床(EGSB)，其污泥形態(tài)多呈顆粒狀，可以與新型活性催化微電解材填料8有效結(jié)合。厭氧反應(yīng)器4設(shè)進(jìn)水口 5，出水口 10，沼氣口 11，氣泡9通過沼氣口 11進(jìn)行收集。結(jié)合圖2，本發(fā)明的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法，其步驟為
(a)在厭氧反應(yīng)器外安裝太陽能電池板1，太陽能電池板1將接收的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，太陽能電池板1與金屬電極板6相連接，將金屬電極板6置于厭氧反應(yīng)器4的污泥反應(yīng)區(qū)，并處于斷路狀態(tài)；
(b)在厭氧反應(yīng)器中接種污泥7，保持厭氧反應(yīng)器4有機(jī)負(fù)荷低于lkgCOD/m3· d，運(yùn)行 2個月后逐漸提高進(jìn)水濃度至^gCOD/m3 · d，對厭氧反應(yīng)器4中的污泥7進(jìn)行馴化；
(c)污泥7經(jīng)3飛個月完成馴化后，向污泥區(qū)加入定量新型活性催化微電解填料8，控制填料與污泥區(qū)體積比為0. Γ0. 2，與反應(yīng)區(qū)微生物共同對有機(jī)物進(jìn)行降解反應(yīng)，形成微生物-微電解體系；
(d)待顆粒污泥中有機(jī)物適應(yīng)新型活性催化微電解填料8共存環(huán)境后，接通電路，使顆粒污泥-填料體系在外加電極的狀態(tài)下反應(yīng)，可以形成外電場-微生物-微電解強(qiáng)化體系， 有效提高難降解物質(zhì)的處理效率。其中新型活性催化微電解填料(8)為多孔架構(gòu)式結(jié)構(gòu)，含鐵75 85%、碳10 20%、催化劑5%，陰陽極形成合金一體化，粒度為10 30mm，比重為1. Og/cm3，其密度接近顆粒污泥密度。以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。實(shí)施例1
以上流式厭氧污泥床作為厭氧反應(yīng)器4，厭氧反應(yīng)器4中的污泥區(qū)設(shè)置有銅鈦金屬電極板，銅鈦金屬電極板安裝有1組，銅鈦金屬電極板通過電池板連接導(dǎo)線12與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。安裝1000W多晶硅太陽能電池板，太陽能電池板1導(dǎo)出線路上依次連接充電控制器2、蓄電池3，調(diào)節(jié)變壓器使電極板間電壓保持在2. (Γ2. 5V之間。太陽能電池板1功率為1000W，光照時間為8h，蓄電池效率以70%計(jì)，則電池板每日產(chǎn)電量為Q=IOOOff X8hX 70°/oX10_3=5. 6kff · h。在污水廠建立該太陽能污水處理強(qiáng)化工藝，其步驟為
(a)在污水廠以上流式厭氧污泥床工藝為主，處理高濃度有機(jī)難降解廢水，在上流式厭氧污泥床反應(yīng)器外安裝太陽能電池板1，金屬電極板6采用方形TA2/T2銅鈦電極板，通過電池板連接導(dǎo)線12連接安裝到反應(yīng)器污泥區(qū)；
(b)電路保持?jǐn)嗦窢顟B(tài)，電池板進(jìn)行蓄電，同時在上流式厭氧污泥床中接種污泥7，保持上流式厭氧污泥床中有機(jī)負(fù)荷為0. 8kgC0D/m3 · d，運(yùn)行2個月后逐漸提高進(jìn)水濃度至 2. OkgCOD/m3 · d ；
(c)對污泥7進(jìn)行馴化，運(yùn)行4個月后污泥逐漸呈顆粒狀，向污泥區(qū)加入定量新型鐵碳包容式微電解填料，其中填料含鐵80%、碳15%、催化劑5%，陰陽極形成合金一體化，比重為
1.Og/cm3，填料與反應(yīng)區(qū)體積比為0. 15，與反應(yīng)區(qū)微生物共同對有機(jī)物進(jìn)行降解反應(yīng)，形成微生物-微電解體系；
(d)待顆粒污泥7中有機(jī)物適應(yīng)填料共存環(huán)境后，接通電路，使顆粒污泥-填料體系在外加電場的狀態(tài)下反應(yīng)，形成外電場-微生物-微電解強(qiáng)化體系。上流式厭氧污泥床上設(shè)置有進(jìn)水口 5、出水口 10和沼氣口 11，氣泡9通過沼氣口 11進(jìn)行收集。通過以上步驟處理，上流式厭氧污泥床在低溫下運(yùn)行良好，可節(jié)約電能 700^800元/年，COD去除率可提高20% 30%，氨氮去除率提高15% 20%，產(chǎn)甲烷率提高
10% 20%O實(shí)施例2
以膨脹顆粒污泥床作為厭氧反應(yīng)器4，厭氧反應(yīng)器4中的污泥區(qū)設(shè)置有網(wǎng)式鈦電極板， 網(wǎng)式鈦電極板安裝有2組，網(wǎng)式鈦電極板通過電池板連接導(dǎo)線12與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。安裝1500W單晶硅太陽能電池板，太陽能電池板1導(dǎo)出線路上依次連接充電控制器
2、蓄電池3，調(diào)節(jié)變壓器使電極板間電壓保持在2.5^3. OV之間。太陽能電池板1功率為1500W，光照時間為8h，蓄電池效率以70%計(jì)，則電池板每日產(chǎn)電量為:Q=1500WX8hX70%X10-3=8. 4kff · h
在污水廠建立該太陽能污水處理強(qiáng)化工藝，其步驟為
(a)在污水廠以膨脹顆粒污泥床工藝為主，處理高濃度有機(jī)難降解廢水，在膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器外安裝太陽能電池板1，金屬電極板6采用網(wǎng)式鈦電極板，通過電池板連接導(dǎo)線 12連接安裝到反應(yīng)器污泥區(qū)；
(b)電路保持?jǐn)嗦窢顟B(tài)，電池板進(jìn)行蓄電，同時在膨脹顆粒污泥床中接種污泥7，保持膨脹顆粒污泥床中有機(jī)負(fù)荷為1. OkgCOD/m3 ·(!，運(yùn)行2個月后逐漸提高進(jìn)水濃度至2. OkgCOD/ m3 · d ；
(C)對污泥7進(jìn)行馴化，運(yùn)行5個月后污泥逐漸呈顆粒狀，向污泥區(qū)加入定量多元氧化微電解填料，填料與反應(yīng)區(qū)體積比為0. 10，與反應(yīng)區(qū)微生物共同對有機(jī)物進(jìn)行降解反應(yīng)，形成微生物-微電解體系；
(d)待顆粒污泥7中有機(jī)物適應(yīng)填料共存環(huán)境后，接通電路，使顆粒污泥-填料體系在外加電場的狀態(tài)下反應(yīng)，形成外電場-微生物-微電解強(qiáng)化體系。 膨脹顆粒污泥床上設(shè)置有進(jìn)水口 5、出水口 10和沼氣口 11，氣泡9通過沼氣口 11 進(jìn)行收集。通過以上步驟處理，膨脹顆粒污泥床在低溫下運(yùn)行良好，可節(jié)約電能120(Γ1300 元/年，COD去除率可提高30% 40%，氨氮去除率提高20% 25%，產(chǎn)甲烷率提高15% 20%。
權(quán)利要求
1.一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，包括厭氧反應(yīng)器(4)，其特征在于，所述的厭氧反應(yīng)器(4)中設(shè)置有金屬電極板(6)，金屬電極板(6)與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述的太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板(1)、充電控制器(2)和蓄電池(3)通過導(dǎo)線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述的金屬電極板(6)安裝在厭氧反應(yīng)器(4)的污泥區(qū)，金屬電極板(6)設(shè)有1組以上，金屬電極板(6)通過電池板連接導(dǎo)線(12)與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述的太陽能電池板(1)的材料為太陽能多晶硅或單晶硅。
5.一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法，其步驟為(a)在厭氧反應(yīng)器(4)外安裝太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)，太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)與金屬電極板 (6)相連接，并處于斷路狀態(tài)；(b)接種污泥(7)，保持厭氧反應(yīng)器(4)內(nèi)有機(jī)負(fù)荷低于lkgCOD/m3· d，運(yùn)行2個月后逐漸提高進(jìn)水濃度至^gCOD/m3 · d，對厭氧反應(yīng)器(4)中的污泥(7)進(jìn)行馴化；(c)污泥(7)經(jīng)；Γ6個月完成馴化后，向污泥區(qū)加入新型活性催化微電解填料(8)，控制填料與厭氧反應(yīng)器(4)內(nèi)污泥區(qū)體積比為0. Γ0. 2 ；(d)待顆粒污泥(7)中有機(jī)物適應(yīng)新型活性催化微電解填料(8)共存環(huán)境后，接通電路，使污泥-填料體系在外加電壓1 3V的狀態(tài)下運(yùn)行，形成外電場-微生物-微電解強(qiáng)化反應(yīng)體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法，其特征在于，所述的厭氧反應(yīng)器(4)為上流式厭氧顆粒污泥床，馴化后厭氧反應(yīng)器(4)中污泥(7)形態(tài)呈顆粒狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法，其特征在于，所述的厭氧反應(yīng)器(4)為膨脹顆粒污泥床，馴化后厭氧反應(yīng)器(4)中污泥(7)形態(tài)呈顆粒狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化方法，其特征在于，步驟(c)中新型活性催化微電解填料(8)為多孔架構(gòu)式結(jié)構(gòu)，含鐵75 85%、碳10 20%、催化劑5%，陰陽極形成合金一體化，粒度為10 30mm，比重為1. Og/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置及方法，屬于厭氧污水凈化領(lǐng)域。本發(fā)明的一種利用太陽能的厭氧污水處理強(qiáng)化裝置，包括厭氧反應(yīng)器，所述的厭氧反應(yīng)器中設(shè)置有金屬電極板，金屬電極板與太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)相連接；本發(fā)明在厭氧反應(yīng)器外接太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)，通過反應(yīng)器污泥區(qū)的電極板，并在顆粒污泥馴化完成后向反應(yīng)器中加入新型活性催化微電解填料，利用電極電場、填料和顆粒污泥微生物的聯(lián)合作用，去除難降解物質(zhì)，特別是對低溫條件下反應(yīng)器運(yùn)行進(jìn)行強(qiáng)化，同時可以節(jié)約能耗，有效提高難降解物質(zhì)去除率，保持反應(yīng)器持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明主要適用于工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等高濃度難降解廢水的生物強(qiáng)化處理。
文檔編號H02N6/00GK102249409SQ20111017131
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者丁麗麗, 任洪強(qiáng), 牛川, 許柯 申請人:南京大學(xué)