公布日：2023.06.27
申请日：2023.02.23
分类号：C02F3/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I
摘要
本发明涉及水处理领域，公开了一种电化学强化好氧微生物无隔膜废水电解装置，包括电解池单元，曝气单元和电化学供电单元。其中，电解池单元包括外层支撑壳体，阴极壳体和阳极柱；阴极壳体设于外层支撑壳体内；阳极柱设于外层支撑壳体内且不与阴极壳体接触；阳极柱上负载有好氧微生物；曝气单元通过管路与所述外层支撑壳体的底部连通。本发明为单室结构的无隔膜废水电解装置，可有效降低内阻，从而增大有机污染物处理量。本发明装置中设有好氧微生物，在有游离氧存在下降解有机物速度较快，废水停留时间较短，对有机物降解更为完全，去除率高于厌氧微生物；处理过程中散发的臭气较少；对电流和电压的极限较高。
权利要求书
1.一种电化学强化好氧微生物无隔膜废水电解装置，其特征在于包括：电解池单元，包括：外层支撑壳体（1）；所述外层支撑壳体上设有进水管路（2）和出水管路（3）；作为阴极的阴极壳体（4），设于所述外层支撑壳体内；作为阳极的阳极柱（5），设于所述外层支撑壳体内且不与阴极壳体接触；所述阳极柱上负载有好氧微生物；所述好氧微生物为短芽孢杆菌，命名为JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，其微生物保藏编号为CGMCCNo.24887，微生物分类命名为短芽孢杆菌Brevibacillus.sp；曝气单元（6），通过管路与所述外层支撑壳体的底部连通；电化学供电单元（7），分别与所述阳极和阴极电连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述阳极柱上设有用于负载好氧微生物且不与阴极壳体接触的阳极填料（8）。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述阳极填料以多层形式串设于阳极柱轴向上。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述阳极填料为导电材料。
5.如权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于：所述阳极柱的数量为一个或多个并联。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电化学供电单元中集成有用于检测所述阴极电流和阳极电流的电流数控检测器（9）。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述阴极壳体的下方设有布气布水板（10）；所述布气布水板的高度高于进水管路。
8.如权利要求1或7所述的装置，其特征在于：所述曝气单元中集成有气量调节监控器（11）。
9.如权利要求1或7所述的装置，其特征在于：所述进水管路上设有进水流量调节监控器（12）；所述出水管路上设有出水流量调节监控器（13）。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电化学强化好氧微生物无隔膜废水电解装置，本发明为单室结构的无隔膜废水电解装置，可有效降低内阻，从而增大有机污染物处理量。本发明装置中设有好氧微生物，相对于厌氧微生物，好氧微生物在有游离氧(分子氧)存在的条件下降解有机物，其反应速度较快，废水停留时间较短，对有机物降解更为完全，去除率通常高于厌氧微生物；处理过程中散发的臭气较少；对电流和电压的极限较高。
本发明的具体技术方案为：一种电化学强化好氧微生物无隔膜废水电解装置，包括：电解池单元，包括：
外层支撑壳体；所述外层支撑壳体上设有进水管路和出水管路；
作为阴极的阴极壳体，设于所述外层支撑壳体内；
作为阳极的阳极柱，设于所述外层支撑壳体内且不与阴极壳体接触；所述阳极柱上负载有好氧微生物；
曝气单元，通过管路与所述外层支撑壳体的底部连通；
电化学供电单元，分别与所述阳极和阴极电连接。
本发明装置尤其适用于医药农药化工企业生产的废水，其工作原理为：废水和气体由外层支撑壳体底部的进水管路进入，在上升过程中，在电化学以及好氧微生物的双重作用下，废水中的有机物高效地发生降解，逐级降解为二氧化碳、水和简单无机物等，降解后的废水通过外层支撑壳体顶部的出水管路排出。
本发明对现有双室结构(含隔膜)的微生物电解池装置进行改进，取消了隔膜的设计，整个装置为单室结构，因此能够减少内阻，能够增大有机污染物处理量。
此外，传统微生物电解池多为厌氧微生物装置，而本发明在阳极柱上负载的是好氧微生物，相对于厌氧微生物，好氧微生物在有游离氧(分子氧)存在的条件下降解有机物，其反应速度较快，废水停留时间较短，对有机物降解更为完全，去除率通常高于厌氧微生物；处理过程中散发的臭气较少；对电流和电压的极限较高。并且在此基础上辅以曝气单元供氧，可进一步有利于好氧微生物的代谢和繁殖。在运行状态下，好氧微生物扩散至水中以悬浮状态分布，不会发生分层和沉降。其原因在于：(1)在曝气单元的曝气下，水体自身可快速流动传质，使得细小微生物可悬浮于水中；(2)溶解氧含量充足，微生物活性好，不会出现死亡沉降的现象。
作为优选，所述阳极柱上设有用于负载好氧微生物且不与阴极壳体接触的阳极填料。
阳极填料的存在可以提高微生物菌落和电极的接触面积，更好地进行直接电子传递和间接电子传递，促进电化学强化微生物的效果，进而增加废水处理能力。每根阳极柱上的阳极负载填料之间可以相互接触，但不可与阴极桶接触以免发生短路造成装备的损坏。
作为优选，所述阳极填料以多层形式串设于阳极柱轴向上。
作为优选，所述阳极填料为导电材料，进一步优选为碳纤维。
作为优选，所述阳极柱的数量为一个或多个并联。
阳极柱多组并联可提高装置的电化学作用效果。
作为优选，所述好氧微生物为短芽孢杆菌，命名为JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，其微生物保藏编号为CGMCCNo.24887，微生物分类命名为短芽孢杆菌Brevibacillus.sp。
本发明选用的好氧微生物为筛选而得的短芽孢杆菌，该菌株与现有的其他短芽孢杆菌相比，具有更强的耐盐、耐碱和耐电流能力，因此能完美适配本发明的应用场景(高浓医药农药化工废水通常具有高盐高碱的特点，以及电解处理过程中会产生电流)。具体地，本发明菌株可耐受8％盐浓度、pH＝12的废水，并且在80mA电流下仍可存活7天以上，且仍具有降解污染能力。故本装置电流最大载荷为70mA，电压最大载荷4V，高于一般的微生物电解池的电压电流(0.5-1V，10mA)。
作为优选，所述电化学供电单元中集成有用于检测所述阴极电流和阳极电流的电流数控检测器。
电流数控检测装置用于实时控制输出电流和电压大小，并向配套的计算机输出多项电化学参数与设备运行参数，该装置可采用本领域的现有技术。
作为优选，所述阴极壳体的下方设有布气布水板；所述布气布水板的高度高于进水管路。
布气布水板的作用是可使通入装置的气体和废水均匀分布，保持均质状态，促进反应的进行。
作为优选，所述曝气单元中集成有气量调节监控器。
气量调节监控器可可实时调节曝气量，确保好氧微生物拥有足够氧气并保持悬浮状态。
作为优选，所述进水管路上设有进水流量调节监控器；所述出水管路上设有出水流量调节监控器。
进水流量调节监控器用于实时调节废水的进水流量，出水流量调节监控器可实时调节废水的出水流量，该设备为本领域的现有技术。
作为优选，所述外层支撑壳体呈圆桶状。
作为优选，所述阴极壳体呈顶部和顶部均开口的圆桶状，材质为不锈钢或钛合金。
作为优选，所述阳极柱的材质为石墨或镀钌铱氧化物钛合金。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
(1)本发明为单室结构的无隔膜废水电解装置，可有效降低内阻，从而增大有机污染物处理量。
(2)本发明装置中设有好氧微生物，相对于厌氧微生物，好氧微生物在有游离氧存在的条件下降解有机物，其反应速度较快，废水停留时间较短，对有机物降解更为完全，去除率通常高于厌氧微生物；处理过程中散发的臭气较少；对电流和电压的极限较高。
(3)本发明设有曝气单元，可有利于好氧微生物的代谢和繁殖，并且可维持好氧微生物在水中以悬浮状态分布，不会发生分层和沉降。
(4)本发明采用自筛而得的好氧微生物——短芽孢杆菌JSCW-2022-A1324，该菌株与现有的其他短芽孢杆菌相比，具有更强的耐盐、耐碱和耐电流能力，因此能完美适配本发明的应用场景。
(5)本发明在阳极柱上设有阳极填料，可以提高微生物菌落和电极的接触面积，更好地进行直接电子传递和间接电子传递，促进电化学强化微生物的效果，进而增加废水处理能力。
（发明人：雷育斌;李依;许振羽;潘晓梁;程成志;王宇超;周杰;殷松平;宋天佑;耿聪）
