專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜電耦合技術(shù)處理難生物降解有機(jī)廢水的方法和處理裝置，屬 于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著工業(yè)技術(shù)的拓展和工業(yè)化規(guī)模的擴(kuò)張，工業(yè)廢水中污染物種類(lèi)日益豐富， 特別是醫(yī)藥廢水和印染廢水，廢水成分復(fù)雜，存在高濃度酸、堿、殘留抗生素等，生 物毒性大；pH波動(dòng)大、溫度高、色度深、氣味重，給廢水的生物處理帶來(lái)極大的困 難。尤其會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用使好氧菌中毒，造成好氧處理閑難；而厭 氧處理高濃度的有機(jī)物又難以滿(mǎn)足出水達(dá)標(biāo)，還需進(jìn)一步處理。電化學(xué)氧化技術(shù)，使得污染物在電極上發(fā)生直接電化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì); 或通過(guò)間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化，利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化活性物種HO，、 H02*、 02 *等 使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變。從而能首先破壞或降解抗生素活性，使其中難于生物 降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易于生物降解的小分子物質(zhì)，即消除抗生素對(duì)微生物的抑制作用, 提高廢水的可生化性，則后續(xù)生物處理難度將大大減小。此法無(wú)需添加氧化劑，避免 引起二次污染；能效高、反應(yīng)條件溫和；設(shè)備及操作簡(jiǎn)單，可控制性強(qiáng)等，因而獲得 "環(huán)境友好"技術(shù)的美譽(yù)。但是到目前為止，電化學(xué)氧化廢水處理過(guò)程的主要問(wèn)題是(l)耗電嚴(yán)重，造成 廢水處理成本較高，同時(shí)較高的電場(chǎng)電壓也縮短了電極的使用壽命；(2)電化學(xué)氧化 廢水時(shí)，當(dāng)廢水COD值降至《5000mg/L后，電極表面由于反應(yīng)物及反應(yīng)中間體的吸 附，導(dǎo)致電極易失活，顯著降低了電極的分解效率，嚴(yán)重地妨礙了電化學(xué)處理廢水 法的發(fā)展與應(yīng)用。鐵-炭微電解法(有的稱(chēng)為內(nèi)電解法)，俗稱(chēng)"鐵床",國(guó)際上稱(chēng)為"CMRO"。我國(guó)從 上世紀(jì)80年代開(kāi)始研究微電解法處理染料廢水技術(shù)，在很大程度上提高了廢水的可 生化性，為染料廢水的進(jìn)一步處理創(chuàng)造了條件。但缺點(diǎn)是,高色度染料廢水的COD 去除效果較差。炭膜是一種多孔無(wú)機(jī)分離膜，是由含碳物質(zhì)經(jīng)高溫?zé)峤庵频?。與傳統(tǒng)的有機(jī)膜 相比較，炭膜具有比重輕、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑，傳熱和導(dǎo)電性好，耐熱沖擊、耐 磨損，自潤(rùn)滑性、機(jī)械加工性和生體相容性好、異向性大、高分離能力以及清潔狀 態(tài)好等優(yōu)點(diǎn)。在氣體分離和回收，腐蝕性溶液的分離和污水處理等方面具有廣泛的 應(yīng)用前景。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種膜電耦合技術(shù)，通過(guò)將直流電場(chǎng)、鐵-炭微電解和管式炭分離膜的有機(jī)耦合，能高效電化學(xué)氧化分解去除制 藥、印染等工業(yè)難降解廢水中的主要有害污染源，實(shí)現(xiàn)難生物降解廢水的完全降解 或生成無(wú)害或可降解的低級(jí)有機(jī)物的廢水處理方法。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，所述的用于難生物降解廢水的水膜電 耦合處理技術(shù)，其特征在于管式炭膜組成的膜堆既作為固液分離的分離膜保證出水 水質(zhì)，同時(shí)又作為直流電場(chǎng)的陽(yáng)極，對(duì)電極為普通碳鋼鋼板，兩極之間裝填由鐵屑 與炭屑按一定比例組成的混合物質(zhì)，曝氣系統(tǒng)在反應(yīng)器的底部向反應(yīng)體系供氧，并 起到使得反應(yīng)體系擾動(dòng)，防止鐵屑、炭屑在反應(yīng)過(guò)程中的板結(jié)。上述的用于難生物降解廢水的水膜電耦合處理技術(shù)，其特征在于包括1、 用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，本發(fā)明的特征在于所 述方法是利用電化學(xué)氧化方法，將電解、鐵一炭微電解和炭膜分離過(guò)程耦合，以使 得有害難降解有機(jī)廢水在采用膜電耦合處理的裝置內(nèi)，進(jìn)行高效直接或間接氧化分 解的方法。2、 根據(jù)特征l所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，其 特征在于陰極為普通碳鋼鋼板電極，陽(yáng)極為管式炭膜膜堆。3、 根據(jù)特征l所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，其 特征在于兩電極間裝填有鐵屑與炭屑組成的混合物質(zhì)。4、 根據(jù)特征2所述，管式炭膜膜堆由數(shù)根管式炭膜并連而成，每根炭膜下端封 堵密閉，上端與出水管相連并接有接線端子；每根管式炭膜平均管徑膜管外徑在 7.0 12.0mm之間，內(nèi)徑在5.0 10.0mm之間，炭膜平均孔徑在O.l 0.3inm之間。5、 根據(jù)特征2所述，陽(yáng)極膜堆中炭膜的根數(shù)與對(duì)電極普通碳鋼鋼板的面積可隨 著可處理廢水流量的加大而增多或加大，兩電極間距離根據(jù)兩電極間所施加電壓隨 處理實(shí)際條件確定，施加電壓《10V。6、 根據(jù)特征3所述，鐵屑與炭屑的質(zhì)量比控制在l: 1 5: 1。7、 根據(jù)特征l所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，底 部的曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)體系供氧，供氧量為每升反應(yīng)器有效容積對(duì)應(yīng)的曝氣量固定為 0.001 c附3 " 0.5C附3 。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于，膜堆負(fù)壓出水，工作壓力低；同時(shí)，外加低于10V的 直流電場(chǎng)有效地強(qiáng)化了電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中釋放出的新生態(tài)亞鐵離子可形成絡(luò) 合物對(duì)廢水中的部分有機(jī)物產(chǎn)生絮凝、沉淀，對(duì)酸性、堿性、高溫等廢水的適應(yīng)性 強(qiáng)，單級(jí)出水可使得難生物降解廢水的COD下降90。/。以上，色度去除率達(dá)99%以上， 顯著提高了固液分離的效率，使出水水質(zhì)得到明顯改善，出水水質(zhì)穩(wěn)定。


附圖l為本發(fā)明的膜電耦合處理技術(shù)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
[實(shí)施例l]以抗生素類(lèi)制藥廢水為例。該水水質(zhì)呈淺黃色，有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，pH3.5~4.5， CODq約為6500 mg/L。廢水在膜電耦合處理裝置中的停留時(shí)間為120min，所施電 壓為直流8V，每升反應(yīng)器有效容積對(duì)應(yīng)的曝氣量固定為0.085cw3/s，鐵屑為工業(yè) 鐵刨花碎屑，炭屑為石油焦，二者質(zhì)量比為l: 1，炭膜平均孔徑為0.181pm,電導(dǎo)率 為3 . 040x 102 (S/m)。經(jīng)炭膜出水后，出水COD值為520mg/L。[實(shí)施例2]實(shí)施例2與實(shí)施例1區(qū)別在于，所施電壓為直流2V，經(jīng)炭膜出水后，出水COD值 為2600mg/L。 [實(shí)施例3]實(shí)施例3與實(shí)施例1區(qū)別在于，鐵屑與炭屑二者質(zhì)量比為2: 1，經(jīng)炭膜出水后，出 水COD值為1350mg/L。[實(shí)施例4]實(shí)施例4與實(shí)施例1區(qū)別在于，炭膜平均孔徑為0.14lMm,電導(dǎo)率為4.63X102 (S/m)。經(jīng)炭膜出水后，出水COD值為425mg/L。[實(shí)施例5]以分散藍(lán)非離子型染料廢水為例。這種廢水具有色度高、酸堿度高、毒性大的 特點(diǎn)。該廢水pH二5.3,色度650倍，CODCr約為468.5 mg/L。所施電壓為直流2V， 每升反應(yīng)器有效容積對(duì)應(yīng)的曝氣量固定為0.085" 3"，炭膜平均孔徑為0.14lMm, 電導(dǎo)率為4.63X 102 (S/m)。廢水在膜電耦合處理裝置中的停留時(shí)間為分別為60min、 180min、 300min。出水CODcr分別為248 mg/L、 187 mg/L、 193 mg/L。出水色度去 除率分別為98.83%、 99.1%、 99.5%。[實(shí)施例6]實(shí)施例6與實(shí)施例5區(qū)別在于，炭膜平均孔徑為0.181ym,電導(dǎo)率為3.040X 102 (S/m)(S/m)。所施電壓為直流6V，出水CODcr分別為246 mg/L、 198 mg/L、172 mg/L。 出水色度去除率分別為98.3%、 98.9%、 99.2%。[實(shí)施例7]實(shí)施例7與實(shí)施例5區(qū)別在于，所施電壓為直流6V,出水CODcr分別為237mg/L、 181mg/L、 187mg/L、 165 mg/L。出水色度去除率分別為99.0%、 99.6%、 99.8%。
權(quán)利要求
1、用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置，本發(fā)明的特征在于所述方法是利用電化學(xué)氧化方法，將電場(chǎng)電解、鐵-炭微電解和炭膜分離過(guò)程耦合，以使得有害難降解有機(jī)廢水在采用膜電耦合處理的裝置內(nèi)，進(jìn)行高效直接或間接氧化分解的方法。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置， 其特征在于陰極為普通碳鋼鋼板電極，陽(yáng)極為管式炭膜膜堆。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置， 其特征在于兩電極間裝填有鐵屑與炭屑組成的混合物質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述，管式炭膜膜堆由數(shù)根管式炭膜并連而成，每根炭膜下 端封堵密閉，上端與出水管相連并接有接線端子；每根管式炭膜平均管徑膜管外 徑在7.0 12.0mm之間，內(nèi)徑在5.0 10.0mm之間，炭膜平均孔徑在O.
0.3nm之 間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述，陽(yáng)極膜堆中炭膜的根數(shù)與對(duì)電極普通碳鋼鋼板的面積 可隨著可處理廢水流量的加大而增多或加大，兩電極間距離根據(jù)兩電極間所施加電 壓隨處理實(shí)際條件確定，施加電壓《IOV。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述，鐵屑與炭屑的質(zhì)量比控制在1:1 5:1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于難生物降解廢水治理的膜電耦合處理技術(shù)及裝置， 底部的曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)體系供氧，供氧量為每升反應(yīng)器有效容積對(duì)應(yīng)的曝氣量固定 為0.001c附3" o.5C附3/s 。
全文摘要
本發(fā)明屬于難生物降解有機(jī)廢水治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膜電耦合技術(shù)，通過(guò)將直流電場(chǎng)、鐵-炭微電解和管式炭分離膜的有機(jī)耦合，能高效電化學(xué)氧化分解去除制藥、印染等工業(yè)難降解廢水中的主要有害污染源，實(shí)現(xiàn)難生物降解廢水的完全降解或生成無(wú)害或可降解的低級(jí)有機(jī)物的廢水處理方法。該技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用低廉，易于安裝，膜堆負(fù)壓出水，工作壓力低；同時(shí)，外加低于10V的直流電場(chǎng)有效地強(qiáng)化了電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)酸性、堿性、高溫等廢水的適應(yīng)性強(qiáng)，單級(jí)出水可使得難生物降解廢水的COD下降達(dá)90％以上，色度去除率達(dá)99％以上，顯著提高了固液分離的效率，使出水水質(zhì)得到明顯改善，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C02F1/46GK101306853SQ20081005379
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者虹 夏, 張永剛, 娟 李 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)