申請日2014.11.03
公開(公告)日2015.01.28
IPC分類號C02F9/14
摘要
一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置，本發(fā)明涉及處理難降解廢水的裝置。本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)處理有毒廢水效率低、毒性耐受能力弱，并且缺乏穩(wěn)定性的問題。本裝置由反應(yīng)器主體、蓋板、布水板、鈦絲、陰極、陽極、參比電極、電阻和電源組成;其中，反應(yīng)器主體下部的左右兩側(cè)各設(shè)一個進(jìn)水口，反應(yīng)器主體上部的左右兩側(cè)各設(shè)一個出水口，集氣孔設(shè)置在反應(yīng)器主體的頂端，采樣口設(shè)置在反應(yīng)器主體的正面;布水板、陰極和陽極設(shè)置在反應(yīng)器主體的內(nèi)部，陽極高于陰極。本發(fā)明采用一體式無隔膜厭氧-生物催化電解系統(tǒng)，具有厭氧生物法和生物電化學(xué)法的特點，成本低，容積負(fù)荷高。本發(fā)明裝置用于處理難降解有毒廢水。
權(quán)利要求書
1.一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置，其特征在于該裝置 由反應(yīng)器主體(1)、蓋板(2)、布水板(3)、鈦絲(4)、陰極(5)、陽極(6)、參比電極 (7)、電阻(8)和電源(9)組成;其中，反應(yīng)器主體(1)下部的左右兩側(cè)各設(shè)一個進(jìn)水 口(1-1)，反應(yīng)器主體(1)上部的左右兩側(cè)各設(shè)一個出水口(1-2)，集氣孔(1-3)設(shè)置在 反應(yīng)器主體(1)的頂端，采樣口(1-4)設(shè)置在反應(yīng)器主體(1)的正面;布水板(3)、陰 極(5)和陽極(6)設(shè)置在反應(yīng)器主體(1)的內(nèi)部，陽極(6)高于陰極(5)，布水板(3) 靠近進(jìn)水口(1-1)，陰極(5)、電阻(8)、電源(9)和陽極(6)通過鈦絲(4)依次連接， 參比電極(7)插入反應(yīng)器主體(1)設(shè)置在陰極(5)和陽極(6)之間，蓋板(2)和反應(yīng) 器主體(1)的四周均設(shè)有螺孔，反應(yīng)器主體(1)和蓋板(2)通過螺釘穿過螺孔組成一體 結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝 置，其特征在于陰極(5)由鈦絲(4)串聯(lián)8個碳刷組成，刷子的直徑25為mm、長度為 40mm;陽極(6)由鈦絲(4)串聯(lián)8個碳刷組成，刷子的直徑為25mm、長度為40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝 置，其特征在于鈦絲(4)的直徑為1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝 置，其特征在于進(jìn)水口(1-1)、出水口(1-2)、集氣孔(1-3)和采樣口(1-4)的內(nèi)徑為5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝 置，其特征在于布水板(3)板體設(shè)有孔洞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝 置，其特征在于反應(yīng)器主體(1)由有機玻璃制成。
說明書
一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及處理難降解廢水的裝置。
背景技術(shù)
近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，作為經(jīng)濟支柱的工業(yè)行業(yè)發(fā)展尤為迅猛，由此帶 來的環(huán)境問題也愈發(fā)嚴(yán)重，其中的廢水問題成為環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點和難點。工業(yè)廢水 主要特定有：來源復(fù)雜，水質(zhì)水量波動大，含有大量有毒性、難生物降解的污染物等。雖 然工業(yè)廢水的處理技術(shù)經(jīng)過幾十年、若干代的發(fā)展，出現(xiàn)了一批成型的、已廣泛應(yīng)用的處 理技術(shù)，但是仍然難以應(yīng)對日益增加的高濃度、難降解、具有生物毒性的廢水。缺乏處理 效率高、毒性耐受能力強、穩(wěn)定可靠的處理技術(shù)和工藝設(shè)備是環(huán)境保護(hù)和廢水治理領(lǐng)域的 瓶頸。
傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理技術(shù)主要包括物理化學(xué)法和生物法兩大部分，其中物理化學(xué)法雖 然對一些污染物的處理效率極高，但是成本高，操作條件苛刻，需要投加大量的化學(xué)藥劑， 產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，易造成二次污染，嚴(yán)重限制物理化學(xué)法在大規(guī)模工業(yè)廢水處理中 的應(yīng)用。生物法，尤其是厭氧生物法是目前普遍采用的工業(yè)廢水治理技術(shù)，其利用微生物 新陳代謝過程產(chǎn)生的酶將復(fù)雜的，難以降解的污染物分解成小分子易生物降解的有機物， 有的微生物可以直接利用復(fù)雜有機物作為碳源，用于自身生長;此外，也可以通過馴化微 生物，將廢水中的污染物定向富集回收加以利用;亦可將廢水中的高濃度有機物以甲烷和 氫氣等形式回收作為清潔能源。厭氧生物處理技術(shù)具有無需添加化學(xué)藥劑，無需曝氣，可 以回收能源，成本低廉等優(yōu)勢，但是也存在以下不足：
(1)速度慢
厭氧生物反應(yīng)可以降解水中的大部分污染物，承受較大的進(jìn)水負(fù)荷，但由于厭氧生物 自身新陳代謝過程緩慢，導(dǎo)致工藝水力停留時間長，降解負(fù)荷較低，因此，厭氧生物工藝 速度慢，占地面積大，常常需要與好氧或物化工藝聯(lián)合來進(jìn)一步去除厭氧出水中的有機物 (COD)及其它污染物。
(2)調(diào)控難度大
生物厭氧降解有機廢水過程非常復(fù)雜，常常需要經(jīng)過較長時間的馴化才能演替出適合 的微生物群落，通過協(xié)同作用才能完成對污染物的去除，然而工業(yè)廢水水質(zhì)和水量變化大， 極易形成沖擊負(fù)荷，對系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。因此，厭氧處理工藝的調(diào)控長久以來都 是廢水生物處理的難題。
綜上所述，我們需要對現(xiàn)有的厭氧工藝進(jìn)行改進(jìn)，以提高工業(yè)廢水的處理效率，強化 廢水中難降解污染物的轉(zhuǎn)化和去除，降低操控難度，提高工藝穩(wěn)定性。
生物電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用潛力
微生物產(chǎn)電現(xiàn)象很早就被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，上世紀(jì)九十年代以來，以微生物燃料電池 (MFC)為代表的生物電化學(xué)技術(shù)因其既能降解廢水中的污染物，同時還能產(chǎn)生電能成 為環(huán)境污染治理和能源開發(fā)領(lǐng)域競相研究的熱點技術(shù)。之后的研究中發(fā)現(xiàn)在外加電壓的作 用下，生物電化學(xué)系統(tǒng)對廢水中的難降解污染物具有定向轉(zhuǎn)化能力。生物電化學(xué)過程的本 質(zhì)是：陽極上的嗜電極微生物氧化有機物并通過胞外電子傳遞鏈將電子通過外電路轉(zhuǎn)移到 陰極，通過微生物的催化和電化學(xué)反應(yīng)去除水中的污染物，如：偶氮染料脫色，抗生素脫 鹵，硝基還原，重金屬還原等。
生物電化學(xué)工藝的優(yōu)勢有：
(1)生物電化學(xué)工藝所需的共基質(zhì)(有機碳源)量顯著低于傳統(tǒng)工藝;
(2)對難降解物質(zhì)的去除效率高，速率快;
(3)相比傳統(tǒng)的電化學(xué)工藝，成本低，條件溫和。
目前，在生物電化學(xué)降解偶氮染料，含氯、氟抗生素，硝基芳香烴類污染物處理方面 顯示該工藝具有巨大的應(yīng)用潛力。但是在研究過程中也發(fā)現(xiàn)生物電化學(xué)工藝存在一些問 題，如只能利用簡單底物作為電子供體，對成分復(fù)雜的污染物作為電子時效能受限明顯。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)處理有毒廢水效率低、毒性耐受能力弱，并且缺乏穩(wěn)定性的問 題，而提供一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置。
一種升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置，由反應(yīng)器主體、蓋板、 布水板、鈦絲、陰極、陽極、參比電極、電阻和電源組成;其中，反應(yīng)器主體下部的左右 兩側(cè)各設(shè)一個進(jìn)水口，反應(yīng)器主體上部的左右兩側(cè)各設(shè)一個出水口，集氣孔設(shè)置在反應(yīng)器 主體的頂端，采樣口設(shè)置在反應(yīng)器主體的正面;布水板、陰極和陽極設(shè)置在反應(yīng)器主體的 內(nèi)部，陽極高于陰極，布水板靠近進(jìn)水口，陰極、電阻、電源和陽極通過鈦絲依次連接， 參比電極插入反應(yīng)器主體設(shè)置在陰極和陽極之間，蓋板和反應(yīng)器主體的四周均設(shè)有螺孔， 反應(yīng)器主體和蓋板通過螺釘穿過螺孔組成一體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明裝置流態(tài)呈升流式，無隔膜，污泥層形成的厭氧區(qū)域在下部，生物催化電解系 統(tǒng)的電極置于厭氧污泥層上方;每個電極由8個碳刷串聯(lián)而成，分兩排排列，填充裝置的 橫截面，防止短流;鈦絲作為電流收集器伸出反應(yīng)器，并用熱縮管包裹，避免短路;陽極 預(yù)先原位富集具有生物電化學(xué)活性的微生物，形成具有穩(wěn)定產(chǎn)電能力的生物膜后，再于裝 置底部填充厭氧污泥床;
所述的陽極在反應(yīng)器中原位啟動，富集具有生物電化學(xué)活性的生物膜，而后在裝置底 部接種污泥形成耦合工藝系統(tǒng);本發(fā)明裝置處理的難降解廢水為含有偶氮染料(茜素黃) 的廢水，難降解污染物是指復(fù)雜的，有生物毒性的，生物降解性差且具有環(huán)境污染性的物 質(zhì)。
本發(fā)明升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置，將生物電化學(xué)工藝 與傳統(tǒng)的升流式厭氧處理工藝耦合，充分發(fā)揮厭氧工藝耐沖擊負(fù)荷能力強，能降解大分子 難降解化合物的特點，以及生物電化學(xué)工藝處理效率高，出水水質(zhì)好的優(yōu)勢。其中電極材 料采用石墨纖維綁制成的刷子，并以綁制刷子的鈦絲作為電子傳導(dǎo)材料。相比于其它的三 維電極材料，如石墨顆粒電極，本發(fā)明中石墨纖維做成電極有明顯優(yōu)勢，相同電極體積具 有較大的表面積，負(fù)載更多的微生物，產(chǎn)生較大的催化電流，自身重量較輕，在日后工藝 放大過程中設(shè)計簡單，施工難度小。本發(fā)明中的電極能夠按照需要改變安裝高度，根據(jù)水 質(zhì)自由靈活調(diào)整。電極排布方式為陽極在上，陰極在下，可以充分發(fā)揮陰極降解污染物的 作用，同時解除難降解物質(zhì)對陽極產(chǎn)電微生物的毒性作用。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用一體式無隔膜厭氧-生物催化電解系統(tǒng)，具有厭氧 生物法和生物電化學(xué)法的特點，成本低，容積負(fù)荷高;本發(fā)明所采用的電極材料為廉價的 石墨纖維刷，比表面積大，生物掛膜效果好;本發(fā)明將生物催化電解系統(tǒng)的陽極和陰極沿 廢水升流方向上下分布，陰極在下，陽極在上，利于充分發(fā)揮陰極強大的污染物降解能力， 保護(hù)陽極;本發(fā)明中的生物催化電解系統(tǒng)所采用的電極可以根據(jù)需要調(diào)整在工藝系統(tǒng)中的 位置，更具靈活性。
本發(fā)明升流式厭氧-生物催化電解耦合強化難降解廢水處理裝置用于處理難降解有毒 廢水。
