一种高效脱氮的AO污水处理设备及工艺的制作方法

本发明涉及污水处理，具体涉及一种高效脱氮的ao污水处理设备及工艺。

背景技术：

1、ao工艺即‌缺氧好氧工艺，目前污水处理中广泛采用的一种脱氮工艺，主要由前置缺氧反硝化反应器和后置好氧硝化反应器两部分组成。该工艺对cod和总氮都有良好的去除效果，其脱氮原理是：硝化反应器内的硝化液回流至反硝化反应器，反硝化反应器内的脱氮菌以原水中的有机物为碳源，以回流液中硝酸盐的氧作为电子受体，进行呼吸和生命活动，将硝态氮还原为氮气，也就是进行反硝化。反硝化过程需要消耗大量碳源，往往需要人为添加bod，增加了成本。

2、水解酸化池能够将废水中的不溶性有机物转化为溶解性有机物，将大分子有机物分解为小分子有机物，提高废水的可生化性。同时，水解酸化池在进水cod较高时仍能保证出水水质，能够提高污水处理系统的抗冲击负荷能力。因此，在污水处理中，常将水解酸化池与ao工艺串联，以期达到稳定而有效的处理效果，但该方案存在两相间传质效率低的问题，导致驯化时间长，难以高效脱氮和去除cod。

3、电解法是一种电化学污水处理工艺，适用于重金属离子和有毒且难生物降解有机污染物等的处理。通过在电解槽内安置极板，并通电使极板间产生电位差，使废水中的污染物在阳极发生氧化反应，在阴极发生还原反应，或与电解产物发生反应，从而被无害化去除。但是常规电解法中的电解池，存在极板寿命有限、出水稳定性差等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高效脱氮的ao污水处理设备及工艺，在实现高效脱氮和去除cod的同时，还能够节约成本，缩短驯化时间，同时，还具有设备使用寿命高、抗冲击能力强的优点。

2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

3、一种高效脱氮的ao污水处理设备，由水解酸化池、缺氧反应池、好氧反应池、沉淀池、外加电源五部分组成；

4、所述外加电源连接可变电阻、阳极电极、阴极电极；

5、所述水解酸化池中装有滤网，滤网的位置位于水解酸化池的7/8高处；

6、所述水解酸化池中设有第一搅拌装置，所述缺氧反应池中设有第二搅拌装置；

7、所述好氧反应池中设有曝气装置；

8、所述沉淀池中装有排泥管、反射板、进水渠、中心管；

9、所述沉淀池通过第一循环泵与缺氧反应池连接，好氧反应池通过第二循环泵与缺氧反应池连接；

10、所述水解酸化池与缺氧反应池之间能够进行自流；

11、所述阳极电极为改性铂网电极；

12、所述阴极电极为铂网电极，长为4.5cm，宽为0.1cm，高为4.5cm；

13、水解酸化池、缺氧反应池、好氧反应池的容积比为1-1.1:1-1.1:2；

14、所述改性铂网电极的制备方法，由以下步骤组成：制备改性小粒径石墨粉，制备改性大粒径石墨粉，一次涂覆，二次涂覆；

15、所述制备改性小粒径石墨粉，使用小粒径石墨粉、聚乙二醇2000、水混合后，在室温下进行搅拌，控制搅拌时的搅拌速度为100-400rpm，搅拌时间为50-60min，离心，取沉淀物，使用去离子水清洗后，烘干，然后与乙二胺四乙酸混合后，在室温下进行球磨，控制球磨时的球料比为5-6:1，转速为300-350rpm，球磨时间为30-40min，得到改性小粒径石墨粉；

16、所述制备改性小粒径石墨粉中，小粒径石墨粉、聚乙二醇2000、水、乙二胺四乙酸的质量体积比为90-100g:14-16g:800-1000ml:6-6.5g；

17、所述小粒径石墨粉的d50粒径为1μm；

18、所述制备改性大粒径石墨粉，将大粒径石墨粉、柠檬酸三钠、水混合后，在室温下进行搅拌，控制搅拌时的搅拌速度为100-400rpm，搅拌时间为50-60min，离心，取沉淀物，使用去离子水清洗后，烘干，然后与无水氯化镁混合后，在室温下进行球磨，控制球磨时的球料比为5-6:1，转速为300-350rpm，球磨时间为70-80min，得到改性大粒径石墨粉；

19、所述制备改性大粒径石墨粉中，大粒径石墨粉、柠檬酸三钠、水、无水氯化镁的质量体积比为90-100g:17-20g:800-1000ml:9-10g；

20、所述大粒径石墨粉的d50粒径为10μm；

21、所述一次涂覆，将聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基淀粉钠、水混合后，在45-50℃下进行搅拌，控制搅拌时的搅拌转速为200-400rpm，搅拌时间为30-40min，加入改性小粒径石墨粉、乙炔黑，继续搅拌60-80min，得到一次涂覆浆料，然后将一次涂覆浆料均匀涂覆于铂网电极表面，涂覆结束后进行真空干燥，得到一次涂覆后的铂网电极；

22、所述一次涂覆中，聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基淀粉钠、水的质量比为2-2.2:5.2-5.5:50；

23、改性小粒径石墨粉、乙炔黑、前期加入的聚乙烯吡咯烷酮的质量比为30-35:11-12:2-2.2；

24、所述乙炔黑的d50粒径为40nm；

25、所述铂网电极的长为4.5cm，宽为0.1cm，高为4.5cm；

26、在将一次涂覆浆料在铂网电极表面均匀涂覆时，涂覆厚度为140-160μm；

27、所述二次涂覆，将聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基淀粉钠、水混合后，在45-50℃下进行搅拌，控制搅拌时的搅拌转速为200-400rpm，搅拌时间为30-40min，加入改性大粒径石墨粉、乙炔黑，继续搅拌60-80min，得到二次涂覆浆料，然后将二次涂覆浆料均匀涂覆于铂网电极表面，涂覆结束后进行真空干燥，得到改性铂网电极；

28、所述二次涂覆中，聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基淀粉钠、水的质量比为2-2.2:5.2-5.5:50；

29、改性大粒径石墨粉、乙炔黑、聚乙烯吡咯烷酮的质量比为36-40:5-6:2-2.2；

30、所述乙炔黑的d50粒径为40nm；

31、在将二次涂覆浆料在铂网电极表面均匀涂覆时，涂覆厚度为160-180μm；

32、一种采用前述ao污水处理设备处理污水的工艺，由以下步骤组成：培养厌氧污泥，驯化污泥，稳定运行；

33、所述培养厌氧污泥，将污水处理厂好氧池的污泥进行培养，得到厌氧污泥；

34、所述培养厌氧污泥中，以葡萄糖为碳源，控制cod为250-350mg/l，搅拌转速为60-100r/min，培养时间为20-40min；

35、所述驯化污泥，将厌氧污泥接种至水解酸化池底部，将污泥床的液位高度控制至水解酸化池的1/3高处，并将厌氧污泥接种至缺氧反应池和好氧反应池，对好氧反应池进行曝气至好氧反应池的溶解氧含量保持至2mg/l以上，开启外加电源，并调整可变电阻，连续通入含有微量元素的第一模拟废水，然后停止通过含有微量元素的第一模拟废水，连续通入含有微量元素的第二模拟废水，直至驯化完成；

36、所述驯化污泥中，水解酸化池内第一搅拌装置的转速为70-80r/min；

37、所述厌氧污泥在缺氧反应池和好氧反应池中的接种量均为4500-5500mg/l；

38、所述缺氧反应池中第二搅拌装置的转速为70-90r/min；

39、所述外加电源的电压为1.9-2.1v，可变电阻的阻值为1.9-2.1mω；

40、在连续通入含有微量元素的第一模拟废水时，含有微量元素的第一模拟废水的连续进水量、硝化液回流量、污泥回流量的体积比为1-1.1:2:1-1.1，有机负荷率为0.4-0.5kgcod/（m3·d），连续通入时间为5-6天；

41、所述含有微量元素的第一模拟废水中葡萄糖的含量为780-820mg/l，nh4cl的含量为19-21mg/l，kh2po4的含量为1.9-2.1mg/l，mncl2•4h2o的含量为1.9-2.1mg/l，cacl2的含量为1.9-2.1mg/l，fecl3的含量为0.9-1.1mg/l，zncl2•4h2o的含量为0.9-1.1mg/l，mgcl2•6h2o的含量为0.9-1.1mg/l；

42、所述含有微量元素的第一模拟废水的注入速度为n/800ml/min，其中，n为水解酸化池的池容，单位为ml；

43、所述含有微量元素的第二模拟废水中葡萄糖的含量为1950-2050mg/l，nh4cl的含量为79-81mg/l，kh2po4的含量为9-11mg/l，mncl2•4h2o的含量为1.9-2.1mg/l，cacl2的含量为1.9-2.1mg/l，fecl3的含量为0.9-1.1mg/l，zncl2•4h2o的含量为0.9-1.1mg/l，mgcl2•6h2o的含量为0.9-1.1mg/l；

44、所述含有微量元素的第二模拟废水的注入速度为n/600ml/min，其中，n为水解酸化池的池容，单位为ml；

45、在连续通入含有微量元素的第二模拟废水时，有机负荷率为1.4-1.6kg cod/（m3·d），连续通入时间为5-6天；

46、在驯化中，将水解酸化池的ph维持在5.8-6.8，将缺氧反应池和好氧反应池的ph维持在6.5-8.5；

47、所述稳定运行，将废水的ph调节至6.3-6.7，由水解酸化池通入，然后开启外加电源，水解酸化池的出水流入缺氧反应池，缺氧反应池的出水流入好氧反应池，好氧反应池内的硝化液回流至缺氧反应池中进行反硝化，硝化液回流比为250-350%，直至出水稳定；

48、所述稳定运行中，所述外加电源的电压为1.9-2.1v，可变电阻的阻值为1-2mω；

49、所述缺氧反应池的温度为18-22℃，缺氧反应池中第二搅拌装置的转速为70-90r/min，缺氧反应池内溶解氧为0.48-0.52mg/l；

50、所述水解酸化池的温度为33-37℃，水解酸化池中第一搅拌装置的转速为70-80r/min；

51、所述水解酸化池和缺氧反应池的水力停留时间hrt为5-10h，好氧反应池的水力停留时间hrt为10-20h；

52、所述好氧反应池的温度为18-22℃，溶解氧为1.9-2.1mg/l。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

54、（1）本发明的高效脱氮的ao污水处理设备及工艺，通过将低压电解与生化处理工艺耦合，能够兼具电解和生化处理工艺的优点，从而既能够解决生化处理工艺中两相间传质效率低的问题，提高污水处理效率，又可以节约电解的能耗，延长电极寿命，此外，通过电解和生化处理工艺结合，使水解酸化池产生的电子通过电路进入缺氧反应池，为反硝化提供能量，减少缺氧反应池碳源的消耗，从而能够节约成本，还能够降低处理系统对污水b/c比的要求，减少人为投加碳源的需求，降低污水处理成本；而且外加电源提高了系统的脱氮能力，通过外加可变电阻的阻值控制系统反应速率，对进水负荷变化的适应能力强，系统抗冲击能力强，而且通过检测外接电阻两端电压就能够直观地观察到发酵菌群间的电子转移活性，对筛选电子互营菌群具有重要作用；

55、（2）本发明的高效脱氮的ao污水处理设备及工艺，阳极电极使用了改性铂网电极，铂网电极的改性过程为使用改性小粒径石墨粉和改性大粒径石墨粉分别对铂网电极进行涂覆的过程，其中，改性小粒径石墨粉的表面包覆有乙二胺四乙酸，能够鳌合金属离子，并在铂网电极表面形成小孔隙包覆层，改性大粒径石墨粉的表面包覆有柠檬酸三钠与镁离子的配合物，能够与葡萄糖形成配位键，并能够在铂网电极表面形成大空隙包覆层，从而在改性铂网电极表面富集菌、金属离子、葡萄糖，从而缩短驯化时间，提高驯化效率，且在进行富集时，金属离子位于次外层，葡萄糖位于最外层，通过对金属离子和葡萄糖进行分别吸附，从而避免了金属离子和葡萄糖的流失，还能够避免使用同一吸附载体进行吸附时，由于吸附能力相差大导致的竞争吸附；

56、（3）本发明的高效脱氮的ao污水处理设备及工艺，能够实现高效脱氮和去除cod，对于葡萄糖的含量为3000mg/l，nh4cl的含量为100mg/l，kh2po4的含量为20mg/l，mncl2•4h2o的含量为2mg/l，cacl2的含量为2mg/l，fecl3的含量为1mg/l，zncl2•4h2o的含量为1mg/l，mgcl2•6h2o的含量为1mg/l的模拟易酸化废水，在连续运行6天后，系统出水稳定，系统出水中氨氮的含量为8.6mg/l，硝态氮的含量为1.2mg/l，系统的cod去除率为94%；

57、（4）本发明的高效脱氮的ao污水处理设备及工艺，能够缩短驯化时间，在驯化中，连续通入含有微量元素的第一模拟废水5天，再连续通入含有微量元素的第二模拟废水5天，即可完成驯化，系统出水中cod稳定在100mg/l，总氮稳定在8mg/l；

58、（5）本发明的高效脱氮的ao污水处理设备及工艺，具有抗冲击能力强的优点，对于高氨氮废水仍具有较好的去除效果，对于葡萄糖的含量为3000mg/l，nh4cl的含量为250mg/l，kh2po4的含量为20mg/l，mncl2•4h2o的含量为2mg/l，cacl2的含量为2mg/l，fecl3的含量为1mg/l，zncl2•4h2o的含量为1mg/l，mgcl2•6h2o的含量为1mg/l的模拟易酸化废水，在连续运行8天后，系统出水稳定，系统出水中氨氮的含量为29.5mg/l，硝态氮的含量为3.2mg/l，系统的cod去除率为91%。