一种连续流一体化电极生物膜反应器及去除硝酸盐的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理技术的应用领域，具体涉及一种连续流一体化电极生物膜反应器及去除硝酸盐的工艺。
【背景技术】
[0002]随着工农业和社会经济的迅速发展，含氮化合物排放量急剧增加，使得硝酸盐在水体中的积累日趋严重。我国大多数地区的地下水在不同程度上都遭受到硝酸盐的污染，人类长期饮用硝酸盐和亚硝酸盐超标的水，能引起变性血色素症，并使得肝癌、食道癌、胃癌的发病率增高。目前，GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中规定硝酸盐限值为1mg/L，但许多地区作为饮用的地下水中硝酸盐浓度已在30mg/L以上。因此去除水体中的硝酸盐已到了刻不容缓的地步。
[0003]现阶段比较成熟的脱硝方法可以分为物理法、化学法和生物法。其中，生物反硝化被认为是最有潜力的脱硝方法。根据反硝化细菌所需碳源不同，生物反硝化又分为异养反硝化和自养反硝化。异氧反硝化具有反应速度快的优点，但是，若添加的有机碳源不够，则水中亚硝酸盐氮便会大量积累，若添加的碳源过量，则残留的有机碳源会带来二次污染问题；自养反硝化利用无机碳源，采用氢气或硫的化合物做为无机电子供体，硝酸盐作为电子受体，在自养反硝化细菌的作用下转化为无害氮气。随着研宄的深入，部分学者在自养反硝化基础上提出了电极生物膜法的概念。电极生物膜反硝化是一个电化学作用和生物反硝化作用相结合的过程，通过驯化挂膜，微生物固定于阴极表面形成反硝化生物膜，分子水在外加电流的作用下电解产生氢气(H2)，生物膜上的反硝化菌部分利用废水中的有机物做电子供体，还有部分反硝化菌以H2为电子供体，共同将硝酸盐还原为亚硝酸盐，并最终还原为氮气(N2)。电极生物膜反硝化的基本反应原理如下:其中采用碳质阳极时，会产生二氧化碳(如方程I)，可用于维持反应器的中性环境，采用金属阳极时，会产生氧气(如方程2)，可用于硝化反应。阳极常见的反应方程式:
[0004]C+2H20 — C02+4H++4e_ (I)
[0005]2H20 — 02+4H++4e_ (2)
[0006]阴极反应方程式:
[0007]2H20+2e-— H 2+20F (3)
[0008]l/202+2e>H20 — 20F (4)
[0009]2N03>5H2— N 2+4H20+20r (5)
[0010]与单纯的生物膜法相比，电极生物膜法的优点主要是将生物法和电化学法有机结合，利用电极作为生物膜的载体；其次是利用微电解水释放出的H+为反硝化菌提供电子供体，将电解法氧化还原能力高以及生物膜与电极之间的高效传质特点结合起来，促进了反硝化的进行。
[0011]目前，电极生物膜反应器的形式主要还是单筒式或板式电极反应器，没有将阳极室与阴极室分隔开，当采用金属阳极时，产生的氧气容易在阴极生物膜附近形成好氧环境，导致溶解氧浓度过高不利于反硝化的进行；其次，反应器阴极普遍采用固定电极，需要外加搅拌装置促进污染物与微生物的接触与混匀，且出水含有较多的悬浮物。针对上述缺陷，需要对电极生物膜反应器做进一步的改进。
【发明内容】
[0012]基于现有技术的不足，本发明要解决的技术问题之一是提供一种连续流一体化电极生物膜反应器，包括圆柱形的阳极室、阴极室和吸附室。在阳极室和阴极室中间装有隔膜，可以有效分离阳极和阴极室的降解产物并有效防止阴极室细菌流入到阳极室。阴极室连接吸附室进行吸附过滤，有效截留阴极室出水中的污泥和悬浮物，使出水中的悬浮物浓度SS达到排放标准。
[0013]本发明要解决的技术问题之二是提供一种去除硝酸盐的工艺。
[0014]为实现上述目的，本发明采取如下技术方案:
[0015]一种连续流一体化电极生物膜反应器，包括圆柱形的阳极室(4)、阴极室(14)和吸附室(17)，其特征在于:进水经恒流泵(5)和进水阀门(7)同所述阴极室(14)的底部连通；阴极室(14)和阳极室(4)之间通过隔膜隔开；阴极室(14)连接填充有吸附材料的吸附室(17)，阴极室出水在吸附室(17)沉淀过滤后经出水阀门(15)排出。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进:
[0017]所述反应器阳极室含有排气孔和棒状阳极。
[0018]所述反应器阴极室含有片状阴极，可以在增力搅拌器作用下旋转。
[0019]所述片状阴极材料为石墨片、碳纤维片、及惰性金属片。
[0020]所述反应器隔膜可采用石棉纤维、质子交换膜或合成纤维材料。
[0021]所述反应器吸附室填充的吸附材料为天然沸石、石英砂、树脂或活性炭。
[0022]所述反应器外加电源采用稳压电源或恒电位仪。
[0023]本发明同时提供一种处理硝酸盐的工艺，其使用了上述的连续流一体化电极生物膜反应器作为处理载体。
[0024]本发明的工作步骤为:(I)将一定浓度的活性污泥(或剩余污泥)和污水混合后泵入阴极室中，静置6?8小时，使污泥与阴极载体接触起到接种微生物的作用，之后全部排空，再连续进不含污泥的污水，并逐渐加大进水量，完成阴极挂膜。(2)驯化培养期间，夕卜加一定的直流电流。(3)在阳极室加入浓度范围为0.01-0.5mol/L的硫酸溶液，促进电解过程中H+的迀移；阴极室通过恒流泵加入待处理废水，同时控制电流强度和水力停留时间，实现反应器的连续运行和较好的处理效果。
[0025]本发明的具体工作过程详见【具体实施方式】部分。
[0026]本发明具有如下优点:
[0027](I)将隔膜应用到电极生物膜系统中，其优点一是可以分离阴极室和阳极室的降解产物，提高系统负荷；二是阳极采用金属电极时，可以阻止阳极电解产生的氧气进入阴极室，使阴极室形成缺氧和厌氧环境，促进反硝化的进行，三是防止阴极还原产生的中间产物如NO2' NO等在阳极再次被氧化掉；
[0028](2)阴极室的阴极制作成旋转叶片型，可以缓慢旋转，不需要外加搅拌设备，简化了操作步骤、易于运行维护。
[0029](3)反应器的吸附室可以进行吸附过滤，可以有效截留阴极室出水中的污泥和悬浮物。
[0030](4)电极生物膜技术将电解产氢和自养微生物还原处理相结合，反应不需有机碳源，且氢气由阴极电解水产生，系统具有运行管理方便、处理效果好等优点。
[0031]下面结合附图详细说明本发明，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其它方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
【附图说明】
[0032]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0033]图1为本发明连续