一种电化学-生物流化床反应器及其废水处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机废水处理技术领域，特别涉及一种电化学-生物流化床反应器及 其废水处理方法。
【背景技术】
[0002] 焦化废水和其他含有难生化降解有机污染物的废水中，其突出特点是氮含量高、 难降解有机物多，由于其组成复杂、结构稳定、毒性较强和可生化性差，常规的污水处理方 法难以致效，因而给环境带来很大污染，成为环保水处理领域多年关注和要解决的技术难 题。
[0003] 传统的污水处理方法中，生物化学法能有有效去除废水中的有机物、臭味，降低废 水色度，而且在工程应用上工艺成熟，运行成本低，管理方便简易，但生物化学法对成分复 杂的有毒有害难降解污染物的降解速度慢，分解不彻底，甚至由于中毒而失去处理能力。
[0004] 而作为一种常用的物理化学处理方法，电化学法可通过电化学燃烧或电化学转 化，快速高效地与废水中的污染物通过获得或失去电子而发生氧化还原反应，使难降解有 机物转化降解成二氧化碳和水或较简单的有机物。电化学技术发展迅速，处理能力强且反 应设备简单，操作容易，易于控制。与生物化学法相比，电化学方法一般不受反应物生物毒 性的影响，可以作为高毒性、高腐蚀性有机物的有效处理方法。但采用电化学法氧化或还原 有机物时，反应过程存在多种副反应（如产热、析氢、析氧、析氯等），电流效率较低，因此处 理能耗较大，运行费用较高。
[0005] 电-生物耦合技术不但综合了生物化学法处理成本低、电化学法处理难降解有 毒污染物效果好的特点，而且可将电化学反应中引起电流效率降低的副反应（如产热、 析氧、析氢、电迀移等）有效地利用于生物反应中，因此在整个耦合技术的层面上使电流 效率和处理效果大幅提高，同时降低了处理成本。1992年，R. B Mellor等人（Mellor R B, Ronnenberg J,Campbell W H, et al. Reduction of nitrate and nitrite in water by immobilized enzymes [J] · Nature, 1992, 355 (20) : 717-719.)在 Nature 杂志上首次报 道了利用电极-生物膜法进行反硝化的研宄，他们将反硝化酶和染料（电子传递体）固 定在阴极表面，反硝化酶利用电解水产生的4将NO 还原为N 2，并取得了良好的反硝化效 果。Y Sakakibara 等人（Y Sakakibara, M Kuroda. Electric prompting and control of denitrification [J]· Biotech. Bioeng. 1993, 42:535-537.)将阴极和阳极分别置于两个相 联的反应器中研宄固定挂膜的反硝化菌对N<V的处理能力，结果表明，当电流为OmA时，无 氮气析出；电流从IOmA增加到40mA时，氮气产量增加4倍。然而，电极-生物膜法过程中 由于电极表面生物膜比表面积较小，生物膜易脱落等原因，反硝化效率提高效果有限，使得 电极-生物膜法强化处理难降解有机物的方法在实际应用中较少。
[0006] 因此，目前迫切需要优化电化学反应器的设计，加强阳极表面产生的羟基自由基 向溶液主体的传质。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对富氮有机废水，提供一种电化 学-生物流化床反应器，该反应器以流化床作为基础结构，在常规的电化学体系中引入生 物降解，达到电化学和生物降解耦合的氧化还原作用，大大加快处理速度，改善富氮有机废 水的处理效果。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种利用上述电化学-生物流化床反应器实现的废 水处理方法。
[0009] 本发明的技术方案为：一种电化学-生物流化床反应器，包括相连接的厌氧流化 床和好氧流化床，厌氧流化床的下部和好氧流化床的下部之间通过第一电极组连接，厌氧 流化床的上部和好氧流化床的上部之间通过第二电极组连接；厌氧流化床的底部设有第一 进水口，厌氧流化床的上部设有第一出水口，好氧流化床的底部设有第二进水口，好氧流化 床的上部设有第二出水口，第一出水口与第二进水口之间通过污水管道连接；好氧流化床 的底部设有曝气头。
[0010] 所述厌氧流化床和好氧流化床的结构相同，分别包括内筒和外筒，内筒为上下开 放的圆筒结构，内筒设于外筒内，且内筒底部与外筒底部相通，内筒的外壁和外筒的内壁之 间形成环形空间；内筒的下部为反应区；外筒的上部为倒锥形结构，形成泥水分离区，泥水 分离区中设有多孔板，多孔板上设置活性炭滤料，位于活性炭滤料上方的外筒内壁上设有 溢流堰。
[0011] 所述厌氧流化床中，溢流堰处与第一出水口相通；好氧流化床中，溢流堰与第二出 水口相通。
[0012] 所述第一电极组包括石墨阴极、石墨阳极和直流电源，石墨阴极设于厌氧流化床 下部的内筒中，石墨阳极设于好氧流化床下部的内筒中，石墨阴极和石墨阳极之间通过直 流电源连接；
[0013] 第二电极组包括两个石墨电极，厌氧流化床的泥水分离区中和好氧流化床的泥水 分离区中各设置一个石墨电极，两个石墨电极之间通过导线连接。
[0014] 所述第一电极组中，石墨阴极和石墨阳极的尺寸相同，长度为200_，横截面直径 为 20mm ；
[0015] 第二电极组中，两个石墨电极的尺寸相同，长度为50mm，横截面直径为5mm。
[0016] 所述厌氧流化床的上部还设有第一加热棒，好氧流化床的上部还设有第二加热 棒，第一加热棒和第二加热棒分别与交流电源连接。
[0017] 所述厌氧流化床中还设有循环组件，循环组件包括循环泵和循环水阀门，厌氧流 化床底部设有循环水进口，循环泵的进口端通过循环水管道与厌氧流化床上部连接，循环 泵的出口端通过循环水管道与循环水进口连接，循环水进口处设置循环水阀门。循环组件 的设置，可在厌氧流化床内将有机废水进行多次处理，改善有机废水的处理效果。循环水、 经活性炭滤料过滤得到的泥水、第一进水口处的有机废水，三者在厌氧流化床的底部进行 充分混合，再逐渐上升进行电化学反应。
[0018] 所述好氧流化床的下部为曝气混合区，曝气头设于曝气混合区内，曝气头通过气 体管道外接风机，气体管道上设有气体流量计；好氧流化床的底部还设有排泥阀。该结构 中，由外接风机提供压缩空气，通过曝气头送入好氧流化床中，气体流量计用于计量并调节 空气的输送量。
[0019] 所述厌氧流化床中，第一进水口通过第一蠕动泵外接原水槽，第一进水口处设有 第一进水阀，第一蠕动泵的出口端设有第一转子流量计；原水槽用于储存原始的有机废水， 有机废水送入厌氧流化床前，在原水槽中加入电解质并混合均匀，第一转子流量计用于监 测并调节有机废水的进水量。
[0020] 好氧流化床中，第二进水口处设有第二进水阀，第二出水口处外接出水槽，出水槽 的底部设有出水阀，出水槽的上部通过第二蠕动泵与厌氧流化床的第一进水口连接，第二 蠕动泵的出口端设有第二转子流量计。出水槽主要用于储存经处理后得到的废水，加设第 二蠕动泵和第二转子流量计，可在处理后废水不达标的情况下，将出水槽内的废水重新引 入厌氧流化床，进行二次处理。
[0021] 通过上述电化学-生物流化床反应器实现的废水处理方法，包括以下步骤：
[0022] (1)分别在厌氧流化床和好氧流化床中填充活性炭滤料，并保持厌氧流化床和好 氧流化床中的温度为18~38°C ;
[0023] (2)在有机废水中加入电解质，并调节pH值为7. 0~7. 5 ;
[0024] (3)将有机废水送入厌氧流化床中，有机废水在厌氧流化床内筒中上升的过程同 时发生电化学和生物降解的协同反应；有机废水上升至厌氧流化床的泥水分离区时，进行 生物降解并实现泥水分离；
[0025] (4)从厌氧流化床分离得到的有机废水送入好氧流化床，有机废水在好氧流化床 内筒中上升的过程同时发生电化学和生物降解的协同反应；有机废水上升至好氧流化床的 泥水分离区时，进行生物降解并实现泥水分离，分离所得到的净化水由第二出水