公布日：2023.06.27
申請日：2023.02.23
分類(lèi)號：C02F3/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，公開(kāi)了一種電化學(xué)強化好氧微生物無(wú)隔膜廢水電解裝置，包括電解池單元，曝氣單元和電化學(xué)供電單元。其中，電解池單元包括外層支撐殼體，陰極殼體和陽(yáng)極柱；陰極殼體設于外層支撐殼體內；陽(yáng)極柱設于外層支撐殼體內且不與陰極殼體接觸；陽(yáng)極柱上負載有好氧微生物；曝氣單元通過(guò)管路與所述外層支撐殼體的底部連通。本發(fā)明為單室結構的無(wú)隔膜廢水電解裝置，可有效降低內阻，從而增大有機污染物處理量。本發(fā)明裝置中設有好氧微生物，在有游離氧存在下降解有機物速度較快，廢水停留時(shí)間較短，對有機物降解更為完全，去除率高于厭氧微生物；處理過(guò)程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
權利要求書(shū)
1.一種電化學(xué)強化好氧微生物無(wú)隔膜廢水電解裝置，其特征在于包括：電解池單元，包括：外層支撐殼體（1）；所述外層支撐殼體上設有進(jìn)水管路（2）和出水管路（3）；作為陰極的陰極殼體（4），設于所述外層支撐殼體內；作為陽(yáng)極的陽(yáng)極柱（5），設于所述外層支撐殼體內且不與陰極殼體接觸；所述陽(yáng)極柱上負載有好氧微生物；所述好氧微生物為短芽孢桿菌，命名為JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中國微生物菌種保藏管理委員會(huì )普通微生物中心保藏，其微生物保藏編號為CGMCCNo.24887，微生物分類(lèi)命名為短芽孢桿菌Brevibacillus.sp；曝氣單元（6），通過(guò)管路與所述外層支撐殼體的底部連通；電化學(xué)供電單元（7），分別與所述陽(yáng)極和陰極電連接。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極柱上設有用于負載好氧微生物且不與陰極殼體接觸的陽(yáng)極填料（8）。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極填料以多層形式串設于陽(yáng)極柱軸向上。
4.如權利要求2或3所述的裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極填料為導電材料。
5.如權利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極柱的數量為一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述電化學(xué)供電單元中集成有用于檢測所述陰極電流和陽(yáng)極電流的電流數控檢測器（9）。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述陰極殼體的下方設有布氣布水板（10）；所述布氣布水板的高度高于進(jìn)水管路。
8.如權利要求1或7所述的裝置，其特征在于：所述曝氣單元中集成有氣量調節監控器（11）。
9.如權利要求1或7所述的裝置，其特征在于：所述進(jìn)水管路上設有進(jìn)水流量調節監控器（12）；所述出水管路上設有出水流量調節監控器（13）。
發(fā)明內容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)強化好氧微生物無(wú)隔膜廢水電解裝置，本發(fā)明為單室結構的無(wú)隔膜廢水電解裝置，可有效降低內阻，從而增大有機污染物處理量。本發(fā)明裝置中設有好氧微生物，相對于厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧(分子氧)存在的條件下降解有機物，其反應速度較快，廢水停留時(shí)間較短，對有機物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過(guò)程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種電化學(xué)強化好氧微生物無(wú)隔膜廢水電解裝置，包括：電解池單元，包括：
外層支撐殼體；所述外層支撐殼體上設有進(jìn)水管路和出水管路；
作為陰極的陰極殼體，設于所述外層支撐殼體內；
作為陽(yáng)極的陽(yáng)極柱，設于所述外層支撐殼體內且不與陰極殼體接觸；所述陽(yáng)極柱上負載有好氧微生物；
曝氣單元，通過(guò)管路與所述外層支撐殼體的底部連通；
電化學(xué)供電單元，分別與所述陽(yáng)極和陰極電連接。
本發(fā)明裝置尤其適用于醫藥農藥化工企業(yè)生產(chǎn)的廢水，其工作原理為：廢水和氣體由外層支撐殼體底部的進(jìn)水管路進(jìn)入，在上升過(guò)程中，在電化學(xué)以及好氧微生物的雙重作用下，廢水中的有機物高效地發(fā)生降解，逐級降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單無(wú)機物等，降解后的廢水通過(guò)外層支撐殼體頂部的出水管路排出。
本發(fā)明對現有雙室結構(含隔膜)的微生物電解池裝置進(jìn)行改進(jìn)，取消了隔膜的設計，整個(gè)裝置為單室結構，因此能夠減少內阻，能夠增大有機污染物處理量。
此外，傳統微生物電解池多為厭氧微生物裝置，而本發(fā)明在陽(yáng)極柱上負載的是好氧微生物，相對于厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧(分子氧)存在的條件下降解有機物，其反應速度較快，廢水停留時(shí)間較短，對有機物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過(guò)程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。并且在此基礎上輔以曝氣單元供氧，可進(jìn)一步有利于好氧微生物的代謝和繁殖。在運行狀態(tài)下，好氧微生物擴散至水中以懸浮狀態(tài)分布，不會(huì )發(fā)生分層和沉降。其原因在于：(1)在曝氣單元的曝氣下，水體自身可快速流動(dòng)傳質(zhì)，使得細小微生物可懸浮于水中；(2)溶解氧含量充足，微生物活性好，不會(huì )出現死亡沉降的現象。
作為優(yōu)選，所述陽(yáng)極柱上設有用于負載好氧微生物且不與陰極殼體接觸的陽(yáng)極填料。
陽(yáng)極填料的存在可以提高微生物菌落和電極的接觸面積，更好地進(jìn)行直接電子傳遞和間接電子傳遞，促進(jìn)電化學(xué)強化微生物的效果，進(jìn)而增加廢水處理能力。每根陽(yáng)極柱上的陽(yáng)極負載填料之間可以相互接觸，但不可與陰極桶接觸以免發(fā)生短路造成裝備的損壞。
作為優(yōu)選，所述陽(yáng)極填料以多層形式串設于陽(yáng)極柱軸向上。
作為優(yōu)選，所述陽(yáng)極填料為導電材料，進(jìn)一步優(yōu)選為碳纖維。
作為優(yōu)選，所述陽(yáng)極柱的數量為一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)。
陽(yáng)極柱多組并聯(lián)可提高裝置的電化學(xué)作用效果。
作為優(yōu)選，所述好氧微生物為短芽孢桿菌，命名為JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中國微生物菌種保藏管理委員會(huì )普通微生物中心保藏，其微生物保藏編號為CGMCCNo.24887，微生物分類(lèi)命名為短芽孢桿菌Brevibacillus.sp。
本發(fā)明選用的好氧微生物為篩選而得的短芽孢桿菌，該菌株與現有的其他短芽孢桿菌相比，具有更強的耐鹽、耐堿和耐電流能力，因此能完美適配本發(fā)明的應用場(chǎng)景(高濃醫藥農藥化工廢水通常具有高鹽高堿的特點(diǎn)，以及電解處理過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生電流)。具體地，本發(fā)明菌株可耐受8％鹽濃度、pH＝12的廢水，并且在80mA電流下仍可存活7天以上，且仍具有降解污染能力。故本裝置電流最大載荷為70mA，電壓最大載荷4V，高于一般的微生物電解池的電壓電流(0.5-1V，10mA)。
作為優(yōu)選，所述電化學(xué)供電單元中集成有用于檢測所述陰極電流和陽(yáng)極電流的電流數控檢測器。
電流數控檢測裝置用于實(shí)時(shí)控制輸出電流和電壓大小，并向配套的計算機輸出多項電化學(xué)參數與設備運行參數，該裝置可采用本領(lǐng)域的現有技術(shù)。
作為優(yōu)選，所述陰極殼體的下方設有布氣布水板；所述布氣布水板的高度高于進(jìn)水管路。
布氣布水板的作用是可使通入裝置的氣體和廢水均勻分布，保持均質(zhì)狀態(tài)，促進(jìn)反應的進(jìn)行。
作為優(yōu)選，所述曝氣單元中集成有氣量調節監控器。
氣量調節監控器可可實(shí)時(shí)調節曝氣量，確保好氧微生物擁有足夠氧氣并保持懸浮狀態(tài)。
作為優(yōu)選，所述進(jìn)水管路上設有進(jìn)水流量調節監控器；所述出水管路上設有出水流量調節監控器。
進(jìn)水流量調節監控器用于實(shí)時(shí)調節廢水的進(jìn)水流量，出水流量調節監控器可實(shí)時(shí)調節廢水的出水流量，該設備為本領(lǐng)域的現有技術(shù)。
作為優(yōu)選，所述外層支撐殼體呈圓桶狀。
作為優(yōu)選，所述陰極殼體呈頂部和頂部均開(kāi)口的圓桶狀，材質(zhì)為不銹鋼或鈦合金。
作為優(yōu)選，所述陽(yáng)極柱的材質(zhì)為石墨或鍍釕銥氧化物鈦合金。
與現有技術(shù)對比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明為單室結構的無(wú)隔膜廢水電解裝置，可有效降低內阻，從而增大有機污染物處理量。
(2)本發(fā)明裝置中設有好氧微生物，相對于厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧存在的條件下降解有機物，其反應速度較快，廢水停留時(shí)間較短，對有機物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過(guò)程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
(3)本發(fā)明設有曝氣單元，可有利于好氧微生物的代謝和繁殖，并且可維持好氧微生物在水中以懸浮狀態(tài)分布，不會(huì )發(fā)生分層和沉降。
(4)本發(fā)明采用自篩而得的好氧微生物——短芽孢桿菌JSCW-2022-A1324，該菌株與現有的其他短芽孢桿菌相比，具有更強的耐鹽、耐堿和耐電流能力，因此能完美適配本發(fā)明的應用場(chǎng)景。
(5)本發(fā)明在陽(yáng)極柱上設有陽(yáng)極填料，可以提高微生物菌落和電極的接觸面積，更好地進(jìn)行直接電子傳遞和間接電子傳遞，促進(jìn)電化學(xué)強化微生物的效果，進(jìn)而增加廢水處理能力。
（發(fā)明人：雷育斌;李依;許振羽;潘曉梁;程成志;王宇超;周杰;殷松平;宋天佑;耿聰）
