專利名稱：一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理方法，更具體地講，涉及一種利用三維電極和生物膜相結(jié)合的廢水處理方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，水資源短缺已成為全球面臨的共同挑戰(zhàn)，面對這一問題很多國家都把污水的再生利用作為解決水資源短缺的重要手段之一。長期以來以活性污泥為代表的傳統(tǒng)生物處理工藝，在生活污水以及工業(yè)廢水的處理中得到廣泛應(yīng)用，其具有處理工藝完善、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點。但也存在占地面積大，基建投資大，產(chǎn)生大量剩余污泥等問題。工業(yè)廢水中含有大量高毒性、高濃度、難生化降解的物質(zhì)，這些物質(zhì)很難被傳統(tǒng)二級處理工藝去除，導(dǎo)致污水處理廠生化出水中仍含有一定濃度水平的有毒有害物質(zhì)，對水環(huán)境安全和人類的生存造成極大危害，亟需深度處理。
為了克服這些問題，各種新型、高效的污水處理技術(shù)應(yīng)運而生，特別是將膜分離技術(shù)和生物處理工藝相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器(Membrane bioreactor, MBR)技術(shù)，因其取代傳統(tǒng)生物處理工藝中的二沉池，實現(xiàn)高污泥濃度運行，且具有出水水質(zhì)好、運行維護簡單、占地面積小、污泥濃度高、剩余污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點，在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然MBR 技術(shù)擁有許多傳統(tǒng)活性污泥法所不具有的優(yōu)點。但是，其能耗高、成本高仍是阻礙MBR發(fā)展的兩大瓶頸。高昂的膜價格以及頻繁的膜污染造成的膜組件清洗、更換是導(dǎo)致MBR運行成本高的主要原因。而膜污染造成的膜使用壽命縮短、頻繁的化學(xué)清洗、膜通量下降以及操作費用的增加等問題，大大限制了 MBR技術(shù)的推廣和應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將電化學(xué)方法和生物膜方法相結(jié)合的污水處理工藝，具有傳質(zhì)效率高，反應(yīng)區(qū)域大，處理效率高，操作簡便的特點。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)
一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法，按照下述步驟進行
(1)將活性炭至于活性污泥濃度為3000_4000mg/L的膜生物反應(yīng)池中，并進行不間斷曝氣，活性炭在反應(yīng)池中停留至少72小時
(2)以11/1 板為正極、以不銹鋼板為負極并在其表面綁定活性炭纖維層，以經(jīng)過步驟(1)處理的活性炭為第三極
(3)向反應(yīng)容器中加入活性污泥，并加入培養(yǎng)液以在活性炭上培養(yǎng)生物膜
(4)將待處理廢水通過進水口以升流方式進入反應(yīng)容器中，同時控制電流密度和水力停留時間，以實現(xiàn)反應(yīng)器的連續(xù)運行和較好的處理效果
本發(fā)明技術(shù)方案使用的反應(yīng)容器為三維電極-生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極、陰極、活性炭生物膜和反應(yīng)器本體，其中
所述反應(yīng)器本體11的底端設(shè)置有進水口 10和排渣口 9，頂端設(shè)置有出水口 8 ；
所述反應(yīng)器本體11中設(shè)置有隔板12，所述隔板12上設(shè)置有極板插座和均勻布水孔；
所述陽極5和陰極6分別設(shè)置在隔板12的極板插座之中，并分別與電源的正極和負極相連接；
所述陰極上設(shè)置有活性炭纖維層；
所述陽極和陰極之間設(shè)置有活性炭生物膜層7。
所述陽極可以選用11/1 板。
所述陰極可以選用不銹鋼材料。
所述電源優(yōu)選為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。
在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述活性炭的粒徑優(yōu)選2_3mm，所述步驟(1)中活性炭在反應(yīng)池中停留時間為72-120小時。所述步驟(2)中，所述活性炭纖維層的厚度為4-6mm，電極板的尺寸優(yōu)選IOcmX IOcm。在所述步驟(3)中，向三維電極反應(yīng)器中加入濃度為100mg/L 的活性污泥，按照摩爾比C N P = 100 5 1的比例，每兩天向反應(yīng)器內(nèi)加入葡萄糖 3. 12g、碳酸氫銨0. 079g、磷酸二氫鉀0. 027g、氯化鈣0. 04g、硫酸鎂0. 024g、硫酸鐵0. 056g、 硫酸鋅0. 004g和硫酸銅0. 003g，以實現(xiàn)在添加的活性炭上培養(yǎng)生物膜的目的；使用時，先將陽極和陰極固定在隔板上的極板插座中，然后將活性炭放入兩電極之間，作為第三極，并進行生物膜培養(yǎng)。所述步驟中，電流密度控制在0. 125mA/Cm2-1.0mA/Cm2，水力停留時間一般控制在2. 5-池。
目前，污水深度處理技術(shù)中以物理化學(xué)手段居多。物理手段主要有混凝沉淀、膜過濾，吸附法，高級氧化技術(shù)如i^nton法、臭氧、光催化氧化、濕式氧化，以及電化學(xué)法等。電化學(xué)法，主要是利用電極反應(yīng)產(chǎn)生的如·0Η、α2等物質(zhì)，對水中的有毒有害物質(zhì)進行直接氧化和間接氧化。三維電極，又稱粒子電極，是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)器，在傳統(tǒng)二維電解槽的電極間裝填粒狀工作電極材料，并使之帶電，成為第三極，并參加對有機污染物質(zhì)的去除反應(yīng)，具有傳質(zhì)效率高，反應(yīng)區(qū)域大，處理效率高，操作簡便的特點。本發(fā)明的技術(shù)方案，將傳統(tǒng)的三維電極中第三極活性炭先放入活性污泥中進行一段時間的浸泡，然后取出放回反應(yīng)器中，并向反應(yīng)器中投加葡萄糖進行培養(yǎng)，使活性炭表面附著生長生物膜形成活性炭生物膜層，利用其對電解后廢水進一步處理。此外，活性炭還可以作為催化劑，使電解過程產(chǎn)生的過氧化氫產(chǎn)生更多的羥基自由基，去除有機物。
在進行污水處理時，進水由儲水池1中經(jīng)恒流泵2從反應(yīng)器底部打入反應(yīng)器中， 水流方向為升流式，經(jīng)過隔板后，進入陽極和陰極之間的活性炭生物膜層中，通入少量的電流，并利用自由生長在第三極上的微生物對廢水中的有機物的分解作用，較好程度的對化工生產(chǎn)中不達標的二級出水進行了深度處理，使之CODtt達到國家排放標準。
本發(fā)明具有以下特點(1)所述反應(yīng)器將電化學(xué)法和生物法兩大廢水處理工藝相結(jié)合，最大程度的降低了水中有機物含量；( 所述反應(yīng)器利用生物膜對提高生化性的廢水進一步處理，減少了電量的消耗，提高了電流效率，節(jié)省了電費；(3)所述反應(yīng)器中的生物膜是微生物自由生長在第三極活性炭表面的，不需要專門的接種工作，操作簡便，易于運行維護。


圖1是利用發(fā)明的技術(shù)方案進行污水處理的流程圖，其中1儲水池、2恒流泵、3、閥門、4穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、5陽極、6陰極、7活性炭生物膜、8出水口、9排渣口、10進水口。
圖2是本發(fā)明使用的三維電極-生物膜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，其中11為反應(yīng)器本體，12為隔板。
圖3是本發(fā)明使用的三維電極-生物膜反應(yīng)器中陰極的結(jié)構(gòu)示意圖(其中陰極采用不銹鋼為材料)。
圖4是本發(fā)明使用的三維電極-生物膜反應(yīng)器中隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明使用的一種三維電極-生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極、陰極、活性炭生物膜和反應(yīng)器本體，其中所述反應(yīng)器本體11的底端設(shè)置有進水口 10和排渣口 9，頂端設(shè)置有出水口 8 ；所述反應(yīng)器本體11中設(shè)置有隔板12，所述隔板12上設(shè)置有極板插座和均勻布水孔；所述陽極5和陰極6分別設(shè)置在隔板12的極板插座之中，并分別與電源的正極和負極相連接；所述陰極上設(shè)置有活性炭纖維層；所述陽極和陰極之間設(shè)置有活性炭生物膜層7。具體來說，
(1)將活性炭至于活性污泥濃度為3000-4000mg/L的膜生物反應(yīng)池中，并進行不間斷曝氣，活性炭在反應(yīng)池中停留72-120小時
(2)在反應(yīng)容器中，以TiAn3O2板為正極、以不銹鋼板為負極并在其表面綁定活性炭纖維層，厚度4-6mm，電極板的尺寸均為IOcmX IOcm,以活性炭為第三極，活性炭粒徑 2-3mm,上述三個電極共同組成三維電極
(3)向三維電極反應(yīng)器中加入濃度為100mg/L的活性污泥，按照摩爾比C N P =100 5 1的比例，每兩天向反應(yīng)器內(nèi)加入葡萄糖3. 12g、碳酸氫銨0.079g、磷酸二氫鉀0. 027g、氯化鈣0. 04g、硫酸鎂0. 024g、硫酸鐵0. 056g、硫酸鋅0. 004g和硫酸銅0. 003g培養(yǎng)生物膜。
(4)將化工廢水通過進水口以升流的方式泵入生物膜-三維電極的反應(yīng)器內(nèi)部， 進行污水處理如下
實施例1
原水的C0D& 范圍 60-85mg/L，Cr 濃度范圍 1500_2000mg/L，BOD5 范圍 l_9mg/L，電導(dǎo)率范圍7500-8500 μ S/cm，進水pH范圍8. 4-8. 8。將原水以升流式注入三維電極-生物膜反應(yīng)器，并調(diào)整三微電極-生物膜反應(yīng)器的電流密度為0. 125mA/cm2、0. 25mA/cm2、0. 5mA/ cm2和1. OmA/cm2,按停留時間3小時設(shè)計。經(jīng)過長期運行，處理效果如表一所示。
表一三維電極-生物膜反應(yīng)器運行效果
權(quán)利要求
1.一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法，其特征在于，按照下述步驟進行(1)將活性炭至于活性污泥濃度為3000-4000mg/L的膜生物反應(yīng)池中，并進行不間斷曝氣，活性炭在反應(yīng)池中停留至少72小時(2)以11/1 板為正極、以不銹鋼板為負極并在其表面綁定活性炭纖維層，以經(jīng)過步驟(1)處理的活性炭為第三極(3)向反應(yīng)容器中加入活性污泥，并加入培養(yǎng)液以在活性炭上培養(yǎng)生物膜(4)將待處理廢水通過進水口以升流方式進入反應(yīng)容器中，同時控制電流密度和水力停留時間，以實現(xiàn)反應(yīng)器的連續(xù)運行和較好的處理效果其中所述反應(yīng)容器為三維電極-生物膜反應(yīng)器，包括電源、陽極、陰極、活性炭生物膜和反應(yīng)器本體，其中所述反應(yīng)器本體的底端設(shè)置有進水口和排渣口，頂端設(shè)置有出水口 ；所述反應(yīng)器本體中設(shè)置有隔板，所述隔板上設(shè)置有極板插座和均勻布水孔；所述陽極和陰極分別設(shè)置在隔板的極板插座之中，并分別與電源的正極和負極相連接；所述陽極和陰極之間設(shè)置有活性炭生物膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法，其特征在于，所述活性炭的粒徑優(yōu)選2-3mm，所述步驟(1)中活性炭在反應(yīng)池中停留時間為 72-120 小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法， 其特征在于，所述步驟O)中，所述活性炭纖維層的厚度為4-6mm，電極板的尺寸優(yōu)選 IOcmX IOcm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，向三維電極反應(yīng)器中加入濃度為100mg/L的活性污泥，按照摩爾比C N P = 100 5 1的比例，每兩天向反應(yīng)器內(nèi)加入葡萄糖3. 12g、碳酸氫銨 0. 079g、磷酸二氫鉀0. 027g、氯化鈣0. 04g、硫酸鎂0. 024g、硫酸鐵0. 056g、硫酸鋅0. 004g 和硫酸銅0. 003g，以實現(xiàn)在添加的活性炭上培養(yǎng)生物膜的目的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法，其特征在于，所述步驟⑷中，電流密度控制在0. 125mA/cm2-l. OmA/cm2，水力停留時間一般控制在 2. 5-3h0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用三維電極-生物膜工藝處理化工廢水的方法，按照下述步驟進行(1)將活性炭至于活性污泥的膜生物反應(yīng)池中，進行不間斷曝氣；(2)以Ti/PbO2板為正極、以不銹鋼板為負極并在其表面綁定活性炭纖維層，以活性炭為第三極；(3)向反應(yīng)容器中加入活性污泥，并加入培養(yǎng)液以在活性炭上培養(yǎng)生物膜；(4)將待處理廢水通過進水口以升流方式進入反應(yīng)容器中，同時控制電流密度和水力停留時間，以實現(xiàn)反應(yīng)器的連續(xù)運行和較好的處理效果。本發(fā)明提供一種將電化學(xué)方法和生物膜方法相結(jié)合的污水處理工藝，具有傳質(zhì)效率高，反應(yīng)區(qū)域大，處理效率高，操作簡便的特點。
文檔編號C02F3/02GK102502946SQ20111044250
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者孔鑫, 季民, 王燦, 黃耀坤 申請人:天津大學(xué)