專利名稱：一種用生物膜電極技術處理苯酚廢水的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及苯酚廢水的處理方法，特別提供了一種用生物膜電極技術治理 苯酚廢水的方法。
背景技術：
酚類化合物是一種原生質毒物，對一切生活個體都有毒殺作用，其中以苯 酚的毒性和污染最為突出。苯酚是造紙、煉焦、煉油、塑料、紡織等工業(yè)廢水
中的一種常見的有機污染物。水中含酚量〉10mg丄"時，魚類等水生生物不能生 存含酚量>100 mgl"的水若用于灌溉，必將導致農作物的減產和枯死。美國 環(huán)保署把苯酚列入優(yōu)先污染物和65種有毒污染物名單中，我國也把苯酚列入中 國環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單之中。
目前，治理苯酚廢水的途徑主要有物化法、生物降解法、化學氧化法和
電化學方法。采用物化法處理苯酚廢水的優(yōu)點是設備投資少、占地面積小以
及操作方便，但是通常一次除酚效率不高，達不到排放的標準，須多次處理或 再采用生物化學法處理后，方可排放。生物降解法是最常用的處理苯酚廢水的
方法，其優(yōu)點是設備簡單，處理效果好，受氣候條件影響小等，缺點是預處 理要求高，運行開支較大。用化學氧化法處理苯酚廢水工藝簡單、反應速度快、 凈化率高，但是該法成本大、處理費用高，且酚類物質不能回收。電化學方法
利用陽極的高電位來降解溶液中的苯酚，但反應受到電極材料及副反應析氧反 應的限制，并且耗電量大。
生物膜電極法是結合生物膜法和電化學法發(fā)展起來的。此方法采用固定化 技術將微生物固定在電極表面，形成一層生物膜，然后在低壓直流電的作用下 使污染物在生物和電化學的雙重作用下得到降解。它作為一種新穎的水處理技 術，充分結合了生物的生命代謝作用和電解法較高的氧化還原能力的優(yōu)點，具 有高效、經濟、管理方便等特點。
Y. Sakakibar等人[Biotech. Bjoeng.， 42， 1993， 535-537]運用分隔式生物 膜反應器對地下水和飲用水中的NCV進行處理。J. R. V. Flora等人[Wat. Sci. Tech.， 11， 1994， 4517-4524]運用陰極與陽極同在一個反應器中的筒型電極生 物膜反應器，對地下水和飲用水中的NO/進行處理。Y. Sakakibar等人[Wat. Res.， 35， 2001， 768-778]運用電極生物膜反應器-復合電極生物膜反應器處理 地下水中的N(V。但是以上運用生物膜電極方法均是只處理含氮的污染物，而 沒有運用生物膜電極方法處理其它的有機污染物；Swapna Thomas等人[World J.Microb.Biot， 18， 2002， 57-63]運用生物法降解苯酚，雖然苯酚在一定的條 件下得到了降解，但是該方法預處理要求高，并且當降解出毒性較大的有機物 時，降解效果不理想。
因此，本領域一直在尋找新的處理苯酚廢水的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的缺點，提供一種用生物膜電極技術處理苯 酚廢水的方法。其步驟和條件如下 (1)膜電極的培養(yǎng)
將苯酚高效降解菌接種到隔膜式電解槽的陰極中。培養(yǎng)基的選擇是通過24h
內苯酚菌對于200mgvL—1 、 300mg.L-1 、 400mg-L" 、 500mg.1/1 、 600mg.1/1 、 700mg七—1 、 800mg丄"不同濃度的苯酚降解效果，選擇降解效果最好的100 mg，L"的培養(yǎng)基。通以5mA的電流，每3d測一次苯酚濃度，待苯酚分解完后， 再加入同等量的苯酚。培養(yǎng)兩周后，降解苯酚的生物膜電極形成。
(2) 生物膜電極法降解苯酚實驗
苯酚的生物膜電極降解實驗在隔膜式電解槽中進行。自制Ti/Pb02氧化物涂 層陽極，生物膜電極作為陰極，陰\陽極面積均為3.0x3.0cm2， pH值為6 7，恒 溫水浴槽，溫度控制在35士rC，恒電流電解。實驗溶液為苯酚+(NH4)2S042.0 g丄"+MgS04().2 g'L"+無水CaCl2 0.1 g'L"+K2HP04 0.5 g.L"+NaH2P04 0.5 g'L"， 電流5mA。在電解2、 4、 6、 8和16h后取樣，進行苯酚濃度、化學需氧量(COD) 的測定。
(3) 苯酚濃度以及化學需氧量(COD)的測定
苯酚的濃度采用HPLC分析檢測(用日本島津高效液相色譜儀LC10AVP， 1501111^4.6111111(:18反相柱；流動相，25%甲醇+75%緩沖溶液(0.0511101丄-1 Na2HP04
+ 0.05mol'L-1NaH2PO4， pH=7);流速(l^ml'min"，柱溫40。C))。 COD按重鉻 酸鉀標準方法(GB-11914-89)，用化學需氧量分析儀(上海精密儀器有限公司 COD-571型)測定。
本發(fā)明采用的生物膜電極法降解苯酚廢水的速度快，效率高且能耗低。這 充分顯示了傳統的生物技術與電化學技術結合降解污染物既經濟又高效的優(yōu) 點。因此，采用生物膜電極方法降解廢水中難生物降解的有機污染物擁有較好 的效果。本發(fā)明表明，在35"C條件下，采用生物膜電極方法降解苯酚，提高了 有機物污染物的降解效率，同時降低了電能耗，且在降解過程COD值也隨之減 少。本發(fā)明為尋找一條高效、經濟、綠色的煉油廢水處理方法提供了重要的基 礎。
具體實施方式
實施例1
取O.lg-L1的苯酚與2.0 g'U1的(NH4) 2S04 、 0,2g.L"的MgS04、 0.1 g-L" 的無水CaCl2、 0.5 g丄"的K2HP04 、 0.5 g丄"的NaH2P04混合，組成實驗溶液。 苯酚的生物膜電極降解實驗在隔膜式電解槽中進行。自制Ti/Pb02氧化物涂層陽 極，生物膜電極作為陰極，陰\陽極面積均為3.0x3.0cm2， pH值為6 7，恒溫水 浴槽，溫度控制在35士rC，通以5mA的電流，進行恒電流電解。在電解2、 4、 6、 8和16h后取樣，進行苯酚濃度、化學需氧量(COD)的測定。結果發(fā)現在 隔膜式電解槽中苯酚的降解，其中陰極(生物膜)在5mA的電流作用下苯酚在 16小時的降解效率就達到100%，比起其它方法，本方法降解苯酚的速度快，降
解效率高，而且能耗低。對于100mg/L的苯酚原樣，COD值為278mg/L，在隔 膜式電解槽中苯酚的降解，陰極(生物膜)在5mA電流的作用下16小時的COD 值為37mg/L，采用生物膜電極方法降解苯酚，有機物去除效果高。
實施例2
取0.2g.U1的苯酚與2.0 g.L"的(NH4) 2S04、 0.2g.L'1的MgS04、 0.1 g.U1 的無水CaCb、 0.5 g'L"的K2HP04 、 0.5 g'L"的NaH2P04混合，組成實驗溶液。 苯酚的生物膜電極降解實驗在隔膜式電解槽中進行。自制Ti/Pb02氧化物涂層陽 極，生物膜電極作為陰極，陰\陽極面積均為3.0x3.0cm2， pH值為6 7，恒溫水 浴槽，溫度控制35士rC，通以5mA的電流，進行恒電流電解。在電解2、 4、 6、 8和16h后取樣，進行苯酚濃度的測定。結果發(fā)現在有隔膜電解槽中苯酚的降解， 當苯酚的濃度增加200mg/L時，在陰極(生物膜)5mA電流的作用下苯酚在16 小時的降解效率也達到100%，比起其它方法，本方法降解苯酚的速度快，降解 效率高，最主要的一點就是能耗低。
實施例3
取0.3g.L/1的苯酚與2.0 g.L'1的(麗4) 2S04 、 0.2g.L"的MgS04、 0.1 g丄" 的無水CaCl2、 0.5 g丄"的K2HP04 、 0.5 g1/1的NaH2P04混合，組成實驗溶液。 苯酚的生物膜電極降解實驗在隔膜式電解槽中進行。自制Ti/Pb02氧化物涂層陽 極，生物膜電極作為陰極，陰\陽極面積均為3.0x3.0cm2， pH值為6 7，恒溫水 浴槽，溫度控制35士rC，通以5mA的電流，進行恒電流電解。在電解2、 4、 6、 8和16h后取樣，進行苯酚濃度的測定。結果發(fā)現在有隔膜電解槽中苯酚的降解，
當苯酚的濃度增加300mg/L時，在陰極(生物膜)5mA電流的作用下苯酚在16 小時的降解效率也達到76%，這表明本發(fā)明生物膜電極在處理苯酚廢水時，當 濃度升高時降解效率會降低，這是由于高濃度的苯酚會抑制苯酚降解細菌的生 長，因此本發(fā)明是用于低濃度下苯酚廢水的降解，但是對于低濃度的苯酚廢水 本發(fā)明有著低能耗、降解效率快的優(yōu)點。
實施例4
取0.1g'L"的苯酚與2.0g.L"的(NH4) 2S04、 0.2g'I/1的MgS04、 0.1 g'I/' 的無水CaCl2、 0.5 g.L"的K2HP04 、 0.5 g'L"的NaH2P04混合，組成實驗溶液。 苯酚的生物膜電極降解實驗在隔膜式電解槽中進行，自制Ti/Pb02氧化物涂層陽 極，生物膜電極作為陰極，陰\陽極面積均為3.0x3.0cm2， pH值為6 7，恒溫水 浴槽，溫度控制35士rC，通以2mA的電流，進行恒電流電解。在電解2、 4、 6、 8和16h后取樣，進行苯酚濃度的測定。結果發(fā)現在有隔膜電解槽中苯酚的降解， 其中陰極(生物膜)在2mA的電流作用下苯酚在16小時的降解效率就達到 100%，比起其它方法，本方法降解苯酚的速度快，降解效率高，而且能耗低。 這表明本發(fā)明的生物膜電極方法降解苯酚廢水，只要通以微弱的電流就能使苯 酚廢水得到降解，消耗的電量較小比起其它方法，在工業(yè)上有很強的應用性， 經濟效益高。
實施例5
取O.lg.L1的苯酚與2.0 g丄"的(NH4) 2S04 、 0.2g.L"的MgS04、 0.1 g丄" 的無水CaCl2、 0.5 g'L"的K2HP04 、 0.5 g丄'1的NaH2P04混合，組成實驗溶液。苯酚的生物膜電極降解實驗在隔膜式電解槽中進行。自制Ti/Pb02氧化物涂層陽
極，生物膜電極作為陰極，陰\陽極面積均為3.0x3.0cm2， pH值為6 7，恒溫水 浴槽，溫度控制35士rC，通以10mA的電流，進行恒電流電解。在電解2、 4、 6、 8和16h后取樣，進行苯酚濃度的測定。結果發(fā)現在有隔膜電解槽中苯酚的 降解，其中陰極(生物膜)在10mA的電流作用下苯酚在16小時的降解效率就 達到90%。這表明本發(fā)明的生物膜電極方法降解苯酚廢水，當電流升高時，苯 酚的降解效率略有下降，這表明本發(fā)明在低電流下的降解效果好，高電流會抑 制苯酚的降解。
權利要求
1.一種用生物膜電極技術處理苯酚廢水的方法，其特征在于使苯酚廢水通過生物膜電極反應器進行處理；所述反應器中，將苯酚高效降解菌接種到隔膜式電解槽的陰極中，培養(yǎng)兩周后，降解苯酚的生物膜電極形成，以此作為反應器的陰極。
2. 按照權利要求1所述的方法，其中處理100 300mg丄"的苯酚廢水。
3. 按照權利要求1所述的方法，其中，在35"C下，采用生物膜電極方法降 解苯酚，提高了有機物污染物的降解效率，同時降低了電能耗，且在降解過程 COD值也隨之減少。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用生物膜電極技術處理苯酚廢水的方法，其包括使苯酚廢水通過生物膜電極反應器進行處理；在所述反應器中，將苯酚高效降解菌接種到隔膜式電解槽的陰極中，培養(yǎng)兩周后，降解苯酚的生物膜電極形成，以此作為反應器的陰極，處理濃度為100～300mg·L^-1的苯酚廢水。本發(fā)明可以使低濃度的苯酚廢水在低電流的條件下進行處理，達到國家要求的排放標準，并且能耗低。
文檔編號C02F1/461GK101177313SQ20071005632
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權日2007年11月16日
發(fā)明者張雪娜, 林海波, 黃衛(wèi)民 申請人:吉林大學