一种电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置及方法

本发明涉及污水处理的，具体的说是一种电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置及方法。

背景技术：

1、随着水体富营养化问题的日益严重，对污水中氮、磷的深度去除要求越来越高。传统的生物脱氮工艺主要依赖有机物作为反硝化碳源，存在碳源不足、运行成本高、产生二次污染等问题。

2、近年来，基于氢气作为电子供体的自养生物脱氮技术因其无碳源污染、污泥产量低等优点受到关注。然而，氢气在水中的溶解度低，气液传质效率成为限制其应用的瓶颈。此外，生物脱氮过程中的硝化阶段需要消耗大量溶解氧，通常需要额外的曝气设备，增加了能耗。

3、现有技术中，虽然有将电解水与生物处理结合的尝试，但大多结构复杂，且难以同时高效解决反硝化碳源和硝化溶解氧的双重供给问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置及方法。

2、根据本发明实施例的一种电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，包括：

3、塔体，竖直设置，所述塔体顶部设有进水口及水流分散喷头，所述水流分散喷头与所述进水口连通，所述塔体底部侧方设有排水口，所述塔体的中上部设有填料区，所述填料区填充有用于附着菌落的多孔填料，至少部分所述填料区位于所述塔体内的水位线上方，所述菌落包括氢氧化细菌和/或硫化氢氧化细菌；

4、阳极排气管道，与所述塔体的下端连通；

5、电化学区，设置于所述塔体和阳极排气管道底部，所述电化学区包括相对设置的产氢阴极和惰性电极，所述产氢阴极设于塔体底部，所述惰性电极设于所述阳极排气管道底部，所述产氢阴极高于所述阳极排气管道与所述塔体的下端联通位置，所述产氢阴极连接电源负极，用于电解水产生氢气以供给所述填料区内的氢氧化细菌和/或硫化氢氧化细菌，所述惰性电极连接电源正极。

6、根据本发明实施例的一种电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，至少具有如下有益效果：

7、本申请利用电解水原位产，直接供给微生物代谢，解决了气液传质效率低的问题，无需外加碳源和曝气设备；利用氢气积聚推动水位下降，当水位低于产氢阴极时，产氢阴极与惰性电极之间的电解回路因产氢阴极脱离有效浸没而中断，电源自动断电；水位恢复后自动重启，全过程无需电控元件，安全可靠且节能。将电化学反应器与生物膜反应器合二为一，利用喷淋塔结构实现了高效的三相接触，即气、液、固接触，占地面积小，运行管理方便。此外，多孔填料不仅作为生物载体，还能有效截留氢气气泡，延长了氢气与氢氧化细菌和/或硫化氢氧化细菌的接触时间。

8、根据本发明的一些实施例，所述产氢阴极呈网状，所述产氢阴极水平设置于所述塔体内部，所述产氢阴极横跨所述塔体的整个横截面。

9、根据本发明的一些实施例，所述产氢阴极为不锈钢网、钛网或碳毡材料。

10、根据本发明的一些实施例，所述水流分散喷头为螺旋式或离心式喷头。

11、根据本发明的一些实施例，所述填料区的底部距所述塔体底部的垂直距离为10-50 cm，所述多孔填料的填充高度为所述塔体总高度的1/3至2/3。

12、根据本发明的一些实施例，所述多孔填料的孔隙率大于40%，用于截留所述产氢阴极产生的氢气气泡并富集于所述填料区的填料孔隙内，延长氢气与附着菌落的接触时间。

13、根据本发明的一些实施例，所述产氢阴极和惰性电极的周围连接的结构表面均设有疏水层。

14、本发明提供了一种水处理的方法，其应用于上述任一项所述电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，进行包括以下步骤：

15、将塔体浸没于待处理水体中，使填料区保持非淹没状态；

16、待处理水体经顶部进水口进入，通过喷头喷洒至填料区，以液滴形式流经填料；

17、开启电源，产氢阴极电解水产生氢气，氢气上升至填料区被截留富集；

18、喷淋液滴携带的溶解氧供给填料表层进行氨氮氧化和有机物降解，填料内部缺氧区的氢氧化细菌利用所述氢气将水体中的氮、磷同化为菌体生物质，通过生物量增长实现同步脱氮除磷；

19、氢气积聚于塔体顶部并将水体向下挤压，当水位低于产氢阴极时电源自动断电，水位恢复后自动重启；

20、处理后的水体由排水口排出。

21、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

1.一种电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，所述产氢阴极（200）呈网状，所述产氢阴极（200）水平设置于所述塔体（100）内部，所述产氢阴极（200）横跨所述塔体（100）的整个横截面。

3.根据权利要求1所述的电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，所述产氢阴极（200）为不锈钢网、钛网或碳毡材料。

4.根据权利要求1所述的电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，所述水流分散喷头（120）为螺旋式或离心式喷头。

5.根据权利要求1所述的电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，所述填料区（101）的底部距所述塔体（100）底部的垂直距离为10-50 cm，所述多孔填料的填充高度为所述塔体（100）总高度的1/3至2/3。

6.根据权利要求1所述的电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，所述多孔填料的孔隙率大于40%，用于截留所述产氢阴极（200）产生的氢气气泡并富集于所述填料区（101）的填料孔隙内，延长氢气与附着菌落的接触时间。

7.根据权利要求6所述的电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，其特征在于，所述产氢阴极（200）和惰性电极（300）的周围连接的结构表面均设有疏水层。

8.一种水处理的方法，其特征在于，其应用于权利要求1-7任一项所述电化学辅助生物膜耦合喷淋水处理装置，进行包括以下步骤：