一种电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器

1.本技术涉及环境保护技术领域，特别涉及废水处理技术，具体而言，涉及厌氧生物反应和电絮凝废水处理技术。


背景技术：

2.厌氧生物处理技术是在厌氧条件下，兼性厌氧和厌氧微生物群体将有机物转化为甲烷和二氧化碳的一种废水处理技术。
3.厌氧生物反应器发展历程从第一代全混合厌氧消化器，到第二代升流式厌氧污泥床(upflow anaerobic sludge bed uasb)反应器，再到第三代膨胀颗粒污泥床(egsb)反应器和内循环反应器。所处理的有机负荷从第一代反应器的0.5～1kg/(m3·
d)，跃升至如今第三代反应器的20～30kg/(m3·
d)。随着有机负荷的提升，新型厌氧生物反应器的占地面积小，处理效果佳，且加上厌氧生物反应器无需曝气，剩余污泥产量低和沼气能源回收的优势，已经被广泛应用在高浓度有机废水处理工程中，如啤酒废水、造纸废水和食品加工废水等。
4.厌氧生物反应器基本结构包括一个耐腐蚀反应腔，反应腔内布置有厌氧污泥床，早期的升流式厌氧污泥床，是由荷兰的lettinga教授等在20世纪70年代开发的一种高效厌氧生物反应器。反应器由一个圆柱形反应腔构成，底部安装有进水管和布水器，厌氧污泥床布置在布水器上方，反应器工作时，废水经过均匀布水进入反应器底部，自下而上地通过厌氧污泥床进行生物降解反应，最后通过三相分离器去除固体废物、收集沼气和液体。
5.膨胀颗粒污泥床是在uasb反应器的基础上发展起来的第三代厌氧生物反应器。从某种意义上说，是对uasb反应器进行了多方面的改进，使反应器内的液体上升流速远远高于uasb反应器，高的液体上升流速消除了死区，获得更好的泥水混合效果，如中国专利公开号cn105906041a，就公开了一种自气浮高效厌氧生物反应器。
6.以膨胀颗粒污泥床反应器为代表的第三代厌氧生物反应器，因其具有较大的高径比，再加外循环回流，使得反应器内的上升流速很大，可达到3～7m/h。较高的上升流速使颗粒污泥床呈膨胀态，颗粒污泥与废水充分接触，强化了传质，因此膨胀颗粒污泥床反应器处理溶解态污染物为主的废水时可取得令人满意的处理效果。但厌氧生物反应器自产气流气浮作用的不稳定也是一个不容忽视的问题，随着反应器内的上升流速增加该问题会进一步凸显，特别是用来处理以颗粒态污染物为主的废水，如畜禽养殖废水和屠宰废水等时，不稳定且较高的上升流速和较短的水力停留时间，导致颗粒态污染物来不及被水解转化就随出水流出，因此处理效果下降明显，这限制了膨胀颗粒污泥床反应器等高效厌氧生物反应器在此类废水中的应用。


技术实现要素：

7.本技术的主要目的在于提供一种电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，利用电絮凝物理气浮稳定和强化自气浮厌氧生物反应，提高并稳定气浮法净化效果。
8.为了实现上述目的，根据本技术具体实施方式的一个方面，提供了一种电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，包括反应腔，所述反应腔中布置有厌氧污泥床，其特征在于，在所述反应腔中设置有电絮凝装置。
9.在某些实施例中，所述厌氧污泥床顶部设置有污泥分散栅，所述电絮凝装置位于所述污泥分散栅上面。
10.在某些实施例中，所述电絮凝装置与所述污泥分散栅之间设置有废水整流栅。
11.在某些实施例中，所述废水整流栅靠近所述电絮凝装置。
12.在某些实施例中，所述电絮凝装置包括电极板组和电源。
13.在某些实施例中，所述电极板组由阳极板和阴极板交替排列构成，所述阳极板与所述电源正极连接，所述阴极板与所述电源负极连接。
14.在某些实施例中，所述阳极板采用铁板构成。
15.在某些实施例中，所述反应腔包括上圆筒、下圆筒和渐缩管，所述上圆筒和下圆筒通过渐缩管连接；所述下圆筒自下向上分别为集泥区、布水区、污泥床层区和缓冲区；所述渐缩管和上圆筒为电絮凝气浮区，所述电絮凝装置安装在所述电絮凝气浮区；
16.所述集泥区底部设有污泥斗，污泥斗连接排泥管；所述的布水区设有进水总管，管口向下面向反射板；所述的污泥床层区的顶部设有污泥分散栅；所述的缓冲区的底部设有观察孔；所述的电絮凝气浮区设有中心管、降流室、升流室和集气室，中心管下部设有废水整流栅，中心管中部设有电极板组，中心管上部连接喇叭口，降流室顶部设置集渣槽和刮渣机，升流室外接出水槽和外循环管，出水槽中设置水位调节器，集气室顶部设有排气管、充气管和气体传感器。
17.在某些实施例中，所述反应腔高径比为(5～10)∶1；所述的集泥区、布水区、污泥床层区、缓冲区和电絮凝气浮区的体积比为1∶1∶(11～13)∶(5～7)∶(30～40)。
18.在某些实施例中，所述进水总管的管口距离反射板为150～300mm；
19.所述污泥分散栅的直径与污泥床层区(ⅲ)的直径相同，所述污泥分散栅的高度为50～100mm，栅条间距为10～20mm；
20.所述观察孔直径为100～150mm；
21.所述中心管、降流室和升流室由三个同心圆筒构成，直径之比为1∶(1.8～2.8)∶(1.8～2.8)；
22.所述中心管直径与污泥床层区直径相同；
23.所述整流栅高度为150～200mm；所述的电极板组高度为300～500mm，板间距为30～50mm；阳极板厚度为10～15mm；
24.所述喇叭口下口直径与中心管直径相同，上口直径为1.5倍下口直径；
25.所述的降流室底部坡度为1～1.73，筒体距离底部150～250mm；
26.所述集渣槽槽宽为150～300mm，集渣槽的上缘高于喇叭口上口500～750mm；
27.所述刮渣机的刮刷下缘低于集渣槽上缘10～30mm。
28.根据本技术技术方案及其在某些示例性实施例中进一步改进的技术方案，本技术具有如下有益效果：
29.在生物厌氧反应器中增加了电絮凝气浮功能，整个废水处理装置结构紧凑，占地面积小。生物厌氧反应器自产沼气和电絮凝气浮产气的双气源，节省了运行费用。电絮凝气
浮产生的气泡微小均匀，提高了悬浮物去除效果。电絮凝装置电极板组中可溶性阳极板，生成的物质具有絮凝作用，产生共絮凝气浮效应，更有利于悬浮物的气浮去除。阳极铁板电解产生的fe
3
是厌氧微生物所需重要元素，可以促进厌氧微生物生长和繁殖，增强微生物活性，提高厌氧生物反应器处理能力。本发明将物理气浮法与厌氧生物反应器合二为一，构成了电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，特别适合用于各种复杂和含有高浓度悬浮物的废水处理。
30.下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的说明。本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
31.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
32.图1是示例性实施例电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器结构示意图；
33.图2是图1a-a剖视图。
34.图中：泥斗区ⅰ，布水区ⅱ，污泥床层区ⅲ，缓冲区ⅳ，电絮凝气浮区
ⅴ
，进水总管1，反射板2，污泥分散栅3，观察孔4，中心管5，废水整流栅6，电极板组7，喇叭口8，降流室9，升流室10，出水槽11，水位调节器12，集渣槽13，刮渣机14，集气室15，排气管16，进气管17，气体传感器18，外循环管19，污泥斗20，排泥管21，电源22。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的具体实施方式、示例性实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本技术。
36.为了使本领域技术人员更好的理解本技术方案，下面将结合本技术具体实施方式、示例性实施例中的附图，对本技术具体实施方式、示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的示例性实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的具体实施方式、示例性实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本技术保护的范围。
37.本技术的技术方案，将电絮凝反应的物理气浮法与厌氧生物反应器合二为一，构成了电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，特别适合用于各种复杂和含有高浓度悬浮物的废水处理。
38.电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生al、fe等离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。电絮凝装置的基本结构可以参见中国专利公开号cn207435112u公开的《电絮凝单体反应器》。
39.废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。
40.在厌氧生物反应器中设置电絮凝装置，电絮凝气浮产生的气泡微小均匀，能够稳
定厌氧生物反应产生的上升气流，有利于提高悬浮物去除效果。
41.电絮凝装置电极板组中可溶蚀阳极板，生成的物质具有絮凝作用，能够产生共絮凝气浮效应，更有利于悬浮物的气浮去除。特别是阳极铁板电解产生的fe
3
是厌氧微生物所需重要元素，能够促进厌氧微生物生长和繁殖，增强微生物活性，提高厌氧生物反应器处理能力。
42.本技术的电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，包括一个反应腔，反应腔中布置有厌氧污泥床，在反应腔中设置有电絮凝装置，电絮凝装置位于所述厌氧污泥床上部。
43.本技术的电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，废水进入反应腔后，在厌氧污泥床中首先进行厌氧生物反应处理，反应腔的这部分即为污泥床层区，其包括反应腔底部的污泥床以及污泥床上面的污泥悬浮层，厌氧生物反应过程主要在这部分进行。
44.通常，厌氧污泥床顶部设置有污泥分散栅，用于分散上升的污泥，电絮凝装置一般就安装在污泥分散栅上面。
45.电絮凝装置设置在污泥分散栅上面，可以有效避免大块污泥沉积在电絮凝装置的电极板上阻塞电极板，有利于提高电絮凝效果。
46.为了使进入电絮凝装置的水流均匀，在电絮凝装置与污泥分散栅之间还可以设置废水整流栅，废水整流栅设置在靠近电絮凝装置的位置。
47.在靠近电絮凝装置的位置设置废水整流栅，通过匹配废水整流栅与电絮凝装置的电极板间隙，能够使进入电絮凝装置电极板间的污水更均匀，可以提高电絮凝效果。
48.实施例
49.本技术示例性实施例的电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器结构如附图1、2所示，主体结构由一个反应腔构成，包括上圆筒、下圆筒和渐缩管，上圆筒和下圆筒通过渐缩管连接。
50.本例反应器自下向上分别为集泥区ⅰ、布水区ⅱ、污泥床层区ⅲ、缓冲区ⅳ和电絮凝气浮区
ⅴ
，电絮凝装置就布置在电絮凝气浮区
ⅴ
中，该区域包括上圆筒和渐缩管。
51.集泥区ⅰ底部设有污泥斗20，污泥斗20连接排泥管21。
52.布水区ⅱ设有进水总管1，管口向下正对反射板2。
53.污泥床层区ⅲ的顶部设有污泥分散栅3，缓冲区ⅳ的底部设有观察孔4，可以查看厌氧污泥层高度。
54.电絮凝气浮区
ⅴ
设有中心管5、降流室9、升流室10和集气室15。中心管5下部设有废水整流栅6，电絮凝的电极板组7就设置在中心管5中部，电极板组7连接外部电源22。可以通过控制电源输出电流调节电絮凝反应速度，进一步调节气流上升速度。
55.中心管5上部连接喇叭口8，降流室(9)顶部设置集渣槽(13)和刮渣机(14)，升流室(10)外接出水槽(11)和外循环管(18)，出水槽(11)中设置水位调节器(12)，集气室(15)顶部设有排气管(16)、充气管(17)和气体传感器(18)。
56.本例电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器的高径比为(5～10)∶1。
57.集泥区ⅰ、布水区ⅱ、污泥床层区ⅲ、缓冲区ⅳ和电絮凝气浮区
ⅴ
的体积比为1∶1∶(11～13)∶(5～7)∶(30～40)。
58.布水区ⅱ中进水总管1的管口距离反射板2约150～300mm，污泥床层区ⅲ中污泥分散栅3的直径与污泥床层区ⅲ的直径相同，高度为50～100mm，栅条间距为10～20mm。
59.缓冲区ⅳ中观察孔4的直径为100～150mm。
60.电絮凝气浮区
ⅴ
中的中心管5、降流室9和升流室10由三个同心圆筒分隔而成，直径之比为1∶(1.8～2.8)∶(1.8～2.8)。
61.中心管5直径与污泥床层区ⅲ直径相同。
62.废水整流栅6高度为150～200mm，电极板组7高度为300～500mm。
63.本例电极板组7中，阳极采用铁板构成，铁板厚度为10～15mm，板间距为30～50mm。
64.喇叭口8下口直径与中心管5直径相同，上口直径为1.5倍下口直径。
65.降流室9底部坡度为1～1.73，筒体距离底部150～250mm。
66.集渣槽13的槽宽为150～300mm，集渣槽13的上缘高于喇叭口8上口500～750mm。刮渣机14的刮刷下缘低于集渣槽13的上缘10～30mm。
67.本例电絮凝强化自气浮厌氧生物反应器，废水处理的工作过程如下：
68.废水经由进水总管1进入布水区ⅱ，经过反射板2后流向转变为升流，废水进入污泥床层区ⅲ。在污泥床层区ⅲ中，废水流过膨胀的厌氧颗粒污泥床层，废水中溶解态污染物被微生物吸收代谢并转化为沼气气泡，废水中颗粒态污染物则穿过厌氧颗粒污泥间的缝隙继续上升。含有沼气气泡、反应液和颗粒态污染物的混合液进入缓冲区ⅳ，透过缓冲区ⅳ的观察孔4观察厌氧颗粒污泥床层的高度，通过排泥等方式防止厌氧颗粒污泥床层进入缓冲区ⅳ。混合液升流至电絮凝气浮区
ⅴ
，经过废水整流栅6调整流态后进入电极板组7的间隙，在沼气气泡和氢气气泡的气浮作用和溶解性阳极铁板电解产生的fe(oh)3胶体絮凝作用下，发生共共聚黏附效应与颗粒态污染物生成密度小于水的裹气絮体，裹气絮体经由喇叭口8上浮至液面。净化后废水经由沉降室9折流至升流室10进入出水槽11排出，升流室10外接外循环管19将净化后废水回流至进水总管1，液面处的浮渣通过刮渣机14刮至集渣槽13中去除。集气室15顶部设有排气管16、充气管17和气体传感器18。气体传感器18实时记录气压、甲烷浓度、氢气浓度、氧气浓度等数据，当氧气浓度升高时，要立即通过充气管17向集气室15通入净化后的沼气进行置换，以免氧气浓度过高。