專利名稱：一種典型PPCPs的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎的水處理技術(shù)，它將生物法和電化學(xué)法相結(jié)合，具有不需要有機(jī)碳源，氧化還原能力高以及生物膜與電極之間傳質(zhì)高效等特點(diǎn)。是一種高效處理有機(jī)微污染物質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
藥品和個(gè)人護(hù)理用品PPCPs包括多種化學(xué)物質(zhì)，存在于多種處方藥和非處方藥 (如抗生素、類固醇、止痛藥、降壓藥、催眠藥、減肥藥等)、肥皂、香波、牙膏、香水、護(hù)膚品、 防曬霜、發(fā)膠、染發(fā)劑等中。PPCPs在現(xiàn)代社會(huì)中用量很大，未被人體完全利用的PPCPs通過(guò)排泄或洗浴進(jìn)入城市污水，而城市污水是生態(tài)環(huán)境中PPCPs的主要來(lái)源之一。近十年來(lái)，國(guó)外已經(jīng)開始關(guān)注PPCPs對(duì)環(huán)境的污染，研究表明，合成麝香物質(zhì)、顯影劑、抗生素、雌激素、消炎止痛藥、殺菌消毒劑等與人類生活密切相關(guān)的PPCPs在環(huán)境中普遍存在。國(guó)外已在城市污水、地表水、 地下水和飲用水源中檢測(cè)到70多種PPCPs及其代謝產(chǎn)物。美國(guó)和英國(guó)的科學(xué)家進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在污水處理廠和工廠排污口附近水體的野生魚類產(chǎn)生了性別錯(cuò)亂，大量青蛙畸形。 科學(xué)家認(rèn)為，環(huán)境激素是主要的兇手，而PPCPs是環(huán)境激素的重要來(lái)源之一。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)PPCPs可能對(duì)水環(huán)境中的貝類免疫系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，如三氯生等PPCPs可能對(duì)淡水環(huán)境中藻類的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生以及海水中的雙殼類動(dòng)物的血細(xì)胞功能和消化腺酶的活性產(chǎn)生不利影響，此外，PPCPs還可能對(duì)水環(huán)境中的水蚤等生物具有慢性毒害作用，由此可見(jiàn)， PPCPs可能對(duì)水環(huán)境中很多生物具有毒性，并可能通過(guò)飲用水或食物鏈危害人類健康，因而該類污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化及其對(duì)生物的影響已成為一個(gè)引起廣泛關(guān)注的新的環(huán)境問(wèn)題。削減PPCPs的排放是解決該環(huán)境問(wèn)題的主要方法之一，然而更令人不安的是，有關(guān)PPCPs控制技術(shù)的研究才剛剛開始，由于其濃度低且具有特殊的代謝性質(zhì)，傳統(tǒng)的廢水處理廠對(duì)相當(dāng)一部分PPCPs沒(méi)有明顯的去除效果，迄今為止，人們還沒(méi)有找到有效控制、消除PPCPs物質(zhì)的技術(shù)方法。電化學(xué)處理技術(shù)由于不添加化學(xué)試劑因而不會(huì)產(chǎn)生二次污染，在水和廢水處理領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景，是值得考慮的技術(shù)之。納米碳管自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直是人們關(guān)注的中心。碳納米管具有導(dǎo)電性和完整的表面結(jié)構(gòu)，因而它是一種良好的電極材料，碳納米管電極能促進(jìn)生物分子電子傳遞作用，可取得了較好的處理效果，而且具有較高的電流效率。生物膜法可用來(lái)處理低濃度的廢水。一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物技術(shù)是結(jié)合生物膜法和電化學(xué)法而起來(lái)的新技術(shù)，可充分結(jié)合了活性污泥或生物膜的微生物固定生長(zhǎng)和電解法較高的氧化還原能力，以及兩者之間的高效傳質(zhì)關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)，在處理低濃度難降解有機(jī)污染物等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是通過(guò)一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物法，利用它的生物和電化學(xué)共同作用，采用但不局限于SBR處理典型難降解PPCPs物質(zhì)本發(fā)明的一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物法處理典型難降解PPCPs的方法包括以下步驟(1)生物膜掛膜。本試驗(yàn)溫度為室溫。溶解氧的質(zhì)量濃度為2-;3mg/L.采用快速排泥掛膜法進(jìn)行掛膜。接種已經(jīng)馴化好的活性污泥生物相豐富，污泥的質(zhì)量濃度為3. 2g/L，SV 約為25%。上述種泥和人工配制的廢水以泥水體積比為2 3的比例混合加入各反應(yīng)器， 浸沒(méi)填料并靜態(tài)接觸24h后.排除污泥.開始進(jìn)水掛膜。進(jìn)水COD為500mg/L，氨氮含量為10mg/L，pH調(diào)成7. 5左右，運(yùn)行周期為12h，曝氣10h，靜置lh，出水、進(jìn)水，填料開始掛膜， 呈藻綠色，但掛膜不牢固、易脫落；2周后，掛膜基本成熟，不易脫落，在水中展開后，呈茸毛狀，掛滿填料的整個(gè)內(nèi)壁。(2)電極生物膜馴化。待生物膜運(yùn)行穩(wěn)定后，在反應(yīng)器中加入電極并通入直流電。 初始階段電壓為IV，電流為2mA，加入電場(chǎng)后小部分微生物死亡，排出，反應(yīng)器內(nèi)電極板上附有一層2mm厚的生物膜，填料上也有一定厚度的生物膜，通過(guò)上述結(jié)果可以確定反應(yīng)器內(nèi)、電極板以及軟性填料上生長(zhǎng)有硝化菌和反硝化菌，馴化培養(yǎng)階段完成，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， 正式進(jìn)入試驗(yàn)階段。(3)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，在出水管中取出實(shí)驗(yàn)出水，進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定的主要指標(biāo)有 PPCPs (布洛芬、雙氯芬酸)的濃度、出水的COD值、氨氮等。(4)通過(guò)改變進(jìn)水負(fù)荷，選擇最佳進(jìn)水負(fù)荷值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明進(jìn)水負(fù)荷越小 PPCPS (布洛芬、雙氯芬酸)去除效果越好。(5)改變電流強(qiáng)度，電流強(qiáng)度依次增大，最大到50mA。隨著電流強(qiáng)度的增大，去除效果逐漸增大。布洛芬的去除率最高可達(dá)74%以上，雙氯芬酸的去除率最高可達(dá)95%以上。反應(yīng)過(guò)程中，COD去除效果均能達(dá)到95%以上，氨氮去除效果能達(dá)到90%以上，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出水水質(zhì)。本方法利用一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物法的電化學(xué)和生物降解的共同作用對(duì)典型難降解PPCPs如布洛芬和雙氯芬酸進(jìn)行處理。本方法的特色與優(yōu)點(diǎn)在于，不需要投加化學(xué)藥劑， 因而不會(huì)產(chǎn)生二次污染，而且由于外加電場(chǎng)電壓、電流密度低，不存在安全隱患，使該方法易于實(shí)際應(yīng)用；此方法對(duì)COD、氨氮有很高的去除效果，并且它的成本較低，經(jīng)濟(jì)適用，是一個(gè)有效去除低濃度PPCPs的方法。下面是附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于下述實(shí)施例


圖1.本發(fā)明的電極生物膜處理PPCPS的工藝圖附圖標(biāo)記1、混合室 2、進(jìn)水導(dǎo)管 3、蠕動(dòng)泵 4、反應(yīng)器5、石墨電極板6、生物膜 7、電源 8、導(dǎo)線9、出水導(dǎo)管 10、二沉池具體實(shí)施方法實(shí)驗(yàn)中，在IL的營(yíng)養(yǎng)液中加入布洛芬和雙氯芬酸使其濃度為lmg/L，對(duì)生物膜進(jìn)行馴化培養(yǎng)7-15天，微生物運(yùn)行穩(wěn)定后，再加入電場(chǎng)。電壓為IV，電流為5mA，進(jìn)行馴化培養(yǎng)7-15天，使微生物完全適應(yīng)電場(chǎng)及其特定的廢水后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。反應(yīng)采用了 SBR間歇式進(jìn)水，每天進(jìn)行3個(gè)周期，曝氣證、沉淀池，進(jìn)水出水分別為0.證。取出實(shí)驗(yàn)出水進(jìn)行測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)與生物作用協(xié)同處理典型PPCPs的方法，其特征是在同一反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)電化學(xué)處理工藝與生物膜處理工藝的耦合，綜合發(fā)揮電化學(xué)、吸附和微生物降解等多種作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)PPCPs的高效處理，且不產(chǎn)生二次污染，它包括以下步驟(1)外加直流電場(chǎng)條件下，反應(yīng)器中生物膜的培養(yǎng)與馴化。(2)在適宜的工藝條件下，含一定濃度典型PPCPs的水樣進(jìn)入反應(yīng)器得到降解，處理后出水進(jìn)入二沉池。(3)進(jìn)入二沉池的水樣經(jīng)泥水分離后排水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是它處理的對(duì)象是典型難生物降解的PPCPs， 如布洛芬、雙氯芬酸等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所處理的典型PPCPs的濃度為0.2-20mg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所采用電極材料為石墨、碳納米管電極及其他多孔材料電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是外加電場(chǎng)為直流電，電極上電流密度為不超過(guò) 5mA/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是陰陽(yáng)電極間距宜控制在I-IOcm(含1cm)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是反應(yīng)條件可以在室溫下進(jìn)行，若溫度低于 15°C或高于40°C微生物活性降低，部分會(huì)出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，處理效果明顯受到影響。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是進(jìn)出水可采用但不局限于間歇運(yùn)行方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是曝氣裝置可采用但不局限于間歇運(yùn)行方式。 曝氣時(shí)，反應(yīng)器中溶解氧濃度宜控制在Hmg/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是采用連續(xù)流或SBR工藝，在適宜的外加電場(chǎng)、電極間距及溶解氧濃度條件下，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況選定適宜的水力停留時(shí)間或運(yùn)行周期、污泥停留時(shí)間，處理后水經(jīng)沉淀后排放。
全文摘要
本發(fā)明涉及一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物降解典型PPCPs的新方法。一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物法是將電化學(xué)處理工藝與生物膜處理工藝組合在一個(gè)反應(yīng)器中，典型PPCPs物質(zhì)經(jīng)電化學(xué)氧化還原作用發(fā)生降解，生成易降解的有機(jī)中間產(chǎn)物，新生成的有機(jī)中間產(chǎn)物則被反應(yīng)系統(tǒng)中的微生物進(jìn)一步降解，最終產(chǎn)物為二氧化碳和水。一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物法在降解典型PPCPs的過(guò)程中，不需要投加化學(xué)藥劑，因而不會(huì)產(chǎn)生二次污染，而且由于外加電場(chǎng)電壓、電流密度低，不存在安全隱患，使該方法易于實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)工藝條件的優(yōu)化，確定適宜的外加電場(chǎng)工藝條件及生物處理的工藝條件，一體化電場(chǎng)強(qiáng)化生物法對(duì)典型難降解PPCPs的去除率最高可達(dá)95％以上。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102557252SQ20101060803
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者凌繪, 孫治榮, 王家德, 胡翔 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)