含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煉化廢水處理領(lǐng)域，具體涉及含乙腈煉化廢水處理的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)境問題與能源問題制約著人類社會的發(fā)展。由于我國工業(yè)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致了 工業(yè)用水量的急劇攀升，這無疑加重了水資源短缺這一危機(jī)。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大 量化工廢水含有烴類物質(zhì)以及其它難降解物質(zhì)，如果不能妥善處置，勢必會造成受納環(huán)境 的污染，威脅生態(tài)環(huán)境安全，危害人類及其它生物的健康，因此，化工廢水的處理成為始終 困擾工業(yè)發(fā)展與人類生活的難題。與此同時(shí)，人類賴以生存的化石能源日漸枯竭，在化石能 源的開采利用過程中也加重了環(huán)境問題，因此，尋找可持續(xù)的清潔能源成為了解決能源危 機(jī)的一條出路?；U水在處理的過程中同樣需要耗散一定的能源，其中所蘊(yùn)含的有機(jī)物 物質(zhì)被降解轉(zhuǎn)化也成為了一種資源的浪費(fèi)。因此，化工廢水處理與產(chǎn)生能源相結(jié)合為化工 廢水的處理提供了新的思路與發(fā)展方向。
[0003] 生物電化學(xué)系統(tǒng)是利用微生物降解有機(jī)物，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的的電化學(xué)裝 置。微生物脫鹽燃料電池(MDC)在陽極室和陰極室之間添加陰離子交換膜與陽離子交換膜， 在兩極之間形成了脫鹽室。在功能上，MDC實(shí)現(xiàn)了污染物降解，產(chǎn)電，脫鹽的三種功效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有工業(yè)廢水處理難度大，生物化學(xué)處理難且工業(yè)廢水 中能源浪費(fèi)的問題，而提供用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置及應(yīng)用方 法。
[0005] 本發(fā)明含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置包括反應(yīng)器、陽極碳刷、 陰極碳刷、陽離子交換膜、陰離子交換膜和曝氣裝置，反應(yīng)器中間隔平行設(shè)置有陽離子交換 膜和陰離子交換膜，陰離子交換膜與反應(yīng)器的器壁圍成陽極室，陽離子交換膜與反應(yīng)器的 器壁圍成陰極室，陽離子交換膜和陰離子交換膜之間的區(qū)域形成脫鹽室，在陽極室中設(shè)置 有接種了活性污泥的陽極碳刷，在陰極室中設(shè)置有接種了活性污泥的陰極碳刷，在陰極室 的底部還設(shè)置有曝氣裝置，陽極室的底部開有第一進(jìn)水口，陽極室的上部開有第一出水口， 在陰極室的底部開有第二進(jìn)水口，陰極室的上部開有第二出水口，脫鹽室的底部開有第三 進(jìn)水口，脫鹽室的上部開有第三出水口，一號水管的一端與第一出水口相連，一號水管的另 一端與第二進(jìn)水口相連，二號水管的一端與第二出水口相連，二號水管的另一端與第三進(jìn) 水口相連通。
[0006] 本發(fā)明應(yīng)用含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置處理含乙腈煉化廢 水的方法按以下步驟進(jìn)行：
[0007] -、向陽極室和陰極室中分別注入活性污泥，然后再向陽極室和陰極室中加入含 乙腈煉化廢水，陽極室內(nèi)活性污泥在厭氧密封條件下培養(yǎng)18h~26h，陰極室內(nèi)活性污泥通 過曝氣裝置在好氧環(huán)境下培養(yǎng)18h~26h，排出陽極室和陰極室中的含乙腈煉化廢水，得到 初步產(chǎn)電菌；
[0008] 二、采用外電阻將陽極碳刷和陰極碳刷相連，然后向陽極室和陰極室中加入PBS緩 沖液和葡萄糖，再向陽極室和陰極室中加入含乙腈煉化廢水，開始產(chǎn)生電流輸出，每當(dāng)電壓 下降時(shí)，將陽極室和陰極室中的含乙腈煉化廢水排出，然后再注入新的含乙腈煉化廢水、 PBS緩沖液和葡萄糖，反復(fù)更換含乙腈煉化廢水、PBS緩沖液和葡萄糖進(jìn)行馴化培養(yǎng)10天~ 20天，在陽極室內(nèi)的陽極碳刷上生成厭氧產(chǎn)電生物膜，陰極室內(nèi)的陰極碳刷上生成好氧產(chǎn) 電生物膜；
[0009] 三、將含乙腈煉化廢水通過第一進(jìn)水口流入陽極室中，通過陽極碳刷上的厭氧產(chǎn) 電生物膜對含乙腈煉化廢水進(jìn)行產(chǎn)電分解，陽極室的出水通過一號水管流入陰極室中，陰 極室內(nèi)的曝氣裝置提供好氧環(huán)境，陰極碳刷上的好氧產(chǎn)電生物膜對陽極室的出水進(jìn)行產(chǎn)電 分解，陰極室的出水通過二號水管流入脫鹽室中進(jìn)行脫鹽處理，出水從脫鹽室上的第三出 水口流出作為凈化后的出水，并在陽極碳刷與陰極碳刷之間收集電能。
[0010] 本發(fā)明應(yīng)用連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置處理含乙腈煉化廢水的方法在脫鹽室中的 陽離子交換膜將陰極室輸送過來的含乙腈煉化廢水中的陽離子傳入陽極室，陰離子交換膜 將陰極室輸送過來的含乙腈煉化廢水中的陰離子傳入陰極室，實(shí)現(xiàn)脫鹽處理并且含乙腈煉 化廢水經(jīng)過三次處理后鹽濃度降低、水質(zhì)得到改善;在這一過程中厭氧產(chǎn)電生物膜和好氧 產(chǎn)電生物膜能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電流，最終在外置電阻上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出。
[0011] 本發(fā)明采用微生物脫鹽燃料電池(MDC)用于降解含乙腈煉化廢水，乙腈屬于高濃 度高毒性高氨氮有機(jī)廢水，可生化性較差，同時(shí)含鹽量較高。本發(fā)明在處理含乙腈煉化廢水 的同時(shí)回收能源（電能），實(shí)現(xiàn)了污染物降解，產(chǎn)電，脫鹽的三種功效。本發(fā)明將厭氧生物處 理和好氧生物處理與MDC工藝相結(jié)合，對有毒有害物質(zhì)處理的同時(shí)，整個(gè)處理過程不需要外 加能量，能夠獲得穩(wěn)定的電能輸出，同時(shí)對含鹽污水脫鹽回收。
[0012] 本發(fā)明能夠在啟動12~24h后實(shí)現(xiàn)電流穩(wěn)定輸出，輸出電壓穩(wěn)定在700~800V(結(jié) 合圖2和圖3說明）之間。經(jīng)本發(fā)明含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置陽極處 理后的含乙腈煉化廢水原水的⑶D從1700mg/L降到1000mg/L，乙腈含量從300mg/L降到 50mg/L，在通過生物陰極處理后C0D從1000mg/L降到500mg/L，乙腈含量從100mg/L降到Omg/ L，有機(jī)污染物的降解效率較高，并產(chǎn)生穩(wěn)定的電能輸出。
【附圖說明】
[0013] 圖1為用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為實(shí)施例中用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽的C0D降解圖，其 中?代表原水，代表陽極室出水，?代表陰極室出水；
[0015] 圖3為實(shí)施例中用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽的電池極化曲線 圖，其中?代表電壓，?代表功率密度。
【具體實(shí)施方式】
[0016]
【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝置包 括反應(yīng)器、陽極碳刷2、陰極碳刷6、陽離子交換膜5、陰離子交換膜3和曝氣裝置10,反應(yīng)器中 間隔平行設(shè)置有陽離子交換膜5和陰離子交換膜3,陰離子交換膜3與反應(yīng)器的器壁圍成陽 極室1，陽離子交換膜5與反應(yīng)器的器壁圍成陰極室7，陽離子交換膜5和陰離子交換膜3之間 的區(qū)域形成脫鹽室4,在陽極室1中設(shè)置有接種了活性污泥的陽極碳刷2,在陰極室7中設(shè)置 有接種了活性污泥的陰極碳刷6,在陰極室7的底部還設(shè)置有曝氣裝置10,陽極室1的底部開 有第一進(jìn)水口，陽極室1的上部開有第一出水口，在陰極室7的底部開有第二進(jìn)水口，陰極室 7的上部開有第二出水口，脫鹽室4的底部開有第三進(jìn)水口，脫鹽室4的上部開有第三出水 口，一號水管9-1的一端與第一出水口相連，一號水管9-1的另一端與第二進(jìn)水口相連，二號 水管9-2的一端與第二出水口相連，二號水管9-2的另一端與第三進(jìn)水口相連通。
[0017]本實(shí)施方式所述的產(chǎn)電脫鹽反應(yīng)裝置由一個(gè)微生物脫鹽燃料電池(MDC)構(gòu)成，MDC 由陽極室，脫鹽室，陰極室依次組成，在陽極室和脫氧室之間設(shè)置陰離子交換膜，脫鹽室和 陰極室之間設(shè)置陽離子交換膜，其中陽極室為厭氧環(huán)境，陰極室內(nèi)設(shè)置好氧曝氣裝置為好 氧環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】 [0018] 二:本實(shí)施方式與一不同的是陽極碳刷2與陰極碳刷6 通過外置電阻相連。
【具體實(shí)施方式】 [0019] 三:本實(shí)施方式與一或二不同的是在陽極室1中還設(shè) 置有參比電極8。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 四：本實(shí)施方式與一至三之一不同的是在一號水管9-1和二號水管9-2中均設(shè)置有水栗。
【具體實(shí)施方式】 [0021] 五:本實(shí)施方式應(yīng)用含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流生物產(chǎn)電脫鹽裝 置處理含乙腈煉化廢水的方法按以下步驟進(jìn)行：
[0022] -、向陽極室1和陰極室7中分別注入活性污泥，然后再向陽極室1和陰極室7中加 入含乙腈煉化廢水，陽極室1內(nèi)活性污泥在厭氧密封條件下培養(yǎng)18h~26h，陰極室7內(nèi)活性 污泥通過曝氣裝置10在好氧環(huán)境下培養(yǎng)18h~26h，排出陽極室1和陰極室7中的含乙腈煉化 廢水，得到初步產(chǎn)電菌；
[0023] 二、采用外電阻將陽極碳刷2和陰極碳刷6相連，然后向陽極室1和陰極室7中加入 PBS緩沖液和葡萄糖，再向陽極室1和陰極室7中加入含乙腈煉化廢水，開始產(chǎn)生電流輸出， 每當(dāng)電壓下降時(shí)，將陽極室1和陰極室7中的含乙腈煉化廢水排出，然后再注入新的含乙腈 煉化廢水、PBS緩沖液和葡萄糖，反復(fù)更換含乙腈煉化廢水、PBS緩沖液和葡萄糖進(jìn)行馴化培 養(yǎng)10天~20天，在陽極室1內(nèi)的陽極碳刷2上生成厭氧產(chǎn)電生物膜，陰極室7內(nèi)的陰極碳刷6 上生成好氧產(chǎn)電生物膜；
[0024] 三、將含乙腈煉化廢水通過第一進(jìn)水口流入陽極室1中，通過陽極碳刷2上的厭氧 產(chǎn)電生物膜對含乙腈煉化廢水進(jìn)行產(chǎn)電分解，陽極室1的出水通過一號水管9-1流入陰極室 7中，陰極室7內(nèi)的曝氣裝置10提供好氧環(huán)境，陰極碳刷6上的好氧產(chǎn)電生物膜對陽極室1的 出水進(jìn)行產(chǎn)電分解，陰極室7的出水通過二號水管9-2流入脫鹽室4中進(jìn)行脫鹽處理，出水從 脫鹽室4上的第三出水口流出作為凈化后的出水，并在陽極碳刷2與陰極碳刷6之間收集電 能。
[0025]本實(shí)施方式將厭氧生物處理、好氧生物處理與MDC工藝相結(jié)合，并將其應(yīng)用于含乙 腈煉化