CN101306853B

CN101306853B - 一种用于难生物降解废水治理的膜电耦合处理装置

Info

Publication number: CN101306853B
Application number: CN2008100537957A
Authority: CN
Inventors: 张永刚; 李娟�; 夏虹
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Baiteng Productivity Promotion Center Co. Ltd.
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: CN101306853A

Abstract

本发明属于难生物降解有机废水治理技术领域，具体涉及一种膜电耦合技术，通过将直流电场、铁-炭微电解和管式炭分离膜的有机耦合，能高效电化学氧化分解去除制药、印染等工业难降解废水中的主要有害污染源，实现难生物降解废水的完全降解或生成无害或可降解的低级有机物的废水处理方法。该技术运行费用低廉，易于安装，膜堆负压出水，工作压力低；同时，外加低于10V的直流电场有效地强化了电化学反应，对酸性、碱性、高温等废水的适应性强，单级出水可使得难生物降解废水的COD下降达90％以上，色度去除率达99％以上，显著提高了固液分离的效率，使出水水质得到明显改善，出水水质稳定。

Description

一种用于难生物降解废水治理的膜电耦合处理装置

技术领域

本发明涉及一种膜电耦合技术处理难生物降解有机废水的方法和处理装置，属于环保技术领域。

背景技术

随着工业技术的拓展和工业化规模的扩张，工业废水中污染物种类日益丰富，特别是医药废水和印染废水，废水成分复杂，存在高浓度酸、碱、残留抗生素等，生物毒性大；pH波动大、温度高、色度深、气味重，给废水的生物处理带来极大的困难。尤其会对微生物产生强烈的抑制作用使好氧菌中毒，造成好氧处理困难；而厌氧处理高浓度的有机物又难以满足出水达标，还需进一步处理。

电化学氧化技术，使得污染物在电极上发生直接电化学反应，转化为无害物质；或通过间接电化学转化，利用电极表面产生的强氧化活性物种HO·、HO2·、O2·等使污染物发生氧化还原转变。从而能首先破坏或降解抗生素活性，使其中难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质，即消除抗生素对微生物的抑制作用，提高废水的可生化性，则后续生物处理难度将大大减小。此法无需添加氧化剂，避免引起二次污染；能效高、反应条件温和；设备及操作简单，可控制性强等，因而获得“环境友好”技术的美誉。

但是到目前为止，电化学氧化废水处理过程的主要问题是：(1)耗电严重，造成废水处理成本较高，同时较高的电场电压也缩短了电极的使用寿命；(2)电化学氧化废水时，当废水COD值降至≤5000mg/L后，电极表面由于反应物及反应中间体的吸附，导致电极易失活，显著降低了电极的分解效率，严重地妨碍了电化学处理废水法的发展与应用。

铁-炭微电解法(有的称为内电解法)，俗称“铁床”，国际上称为“CMRO”。我国从上世纪80年代开始研究微电解法处理染料废水技术，在很大程度上提高了废水的可生化性，为染料废水的进一步处理创造了条件。但缺点是，高色度染料废水的COD去除效果较差。

炭膜是一种多孔无机分离膜，是由含碳物质经高温热解制得。与传统的有机膜相比较，炭膜具有比重轻、耐酸碱、耐有机溶剂，传热和导电性好，耐热冲击、耐磨损，自润滑性、机械加工性和生体相容性好、异向性大、高分离能力以及清洁状态好等优点。在气体分离和回收，腐蚀性溶液的分离和污水处理等方面具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种膜电耦合技术，通过将直流电场、铁-炭微电解和管式炭分离膜的有机耦合，能高效电化学氧化分解去除制药、印染等工业难降解废水中的主要有害污染源，实现难生物降解废水的完全降解或生成无害或可降解的低级有机物的废水处理方法。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：一种用于难生物降解废水治理的膜电耦合处理装置，其特征在于，包括用于产生直流电场的阴极和阳极，所述的阴极为普通碳钢钢板电极，阳极为管式炭膜膜堆，所述的管式碳膜膜堆由数根管式炭膜并连而成，每根炭膜下端封堵密闭，上端与出水管相连并接有接线端子，在所述的阴极和阳极之间，填充由铁屑与炭屑组成的混合物质，曝气系统在所述装置的底部向反应体系供氧。

作为优选实施方式，每根管式炭膜平均管径：膜管外径在7.0～12.0mm之间，内径在5.0～10.0mm之间；炭膜平均孔径在0.1～0.3μm之间；所述的装置采用负压出水；在用于产生直流电场的阴极和阳极之间所施加的电压≤10V；所述的阳极膜堆中炭膜的根数与对电极普通碳钢钢板的面积随着待处理废水流量的加大而增多或加大；铁屑与炭屑的质量比控制在1∶1～5∶1；每升有效容积对应的曝气量固定为0.001cm³/s～0.5cm³/s。

本发明的技术优点在于，膜堆负压出水，工作压力低；同时，外加低于10V的直流电场有效地强化了电化学反应，反应过程中释放出的新生态亚铁离子可形成络合物对废水中的部分有机物产生絮凝、沉淀，对酸性、碱性、高温等废水的适应性强，单级出水可使得难生物降解废水的COD下降90％以上，色度去除率达99％以上，显著提高了固液分离的效率，使出水水质得到明显改善，出水水质稳定。

附图说明

附图1为本发明的膜电耦合处理技术装置示意图。

具体实施方式：

[实施例1]

以抗生素类制药废水为例。该水水质呈浅黄色，有强烈的刺鼻气味，pH 3.5～4.5，COD_Cr约为6500mg/L。废水在膜电耦合处理装置中的停留时间为120min，所施电压为直流8V，每升反应器有效容积对应的曝气量固定为0.085cm³/s，铁屑为工业铁刨花碎屑，炭屑为石油焦，二者质量比为1∶1，炭膜平均孔径为0.181μm，电导率为3.040×10²(S/m)。经炭膜出水后，出水COD值为520mg/L。

[实施例2]

实施例2与实施例1区别在于，所施电压为直流2V，经炭膜出水后，出水COD值为2600mg/L。

[实施例3]

实施例3与实施例1区别在于，铁屑与炭屑二者质量比为2∶1，经炭膜出水后，出水COD值为1350mg/L。

[实施例4]

实施例4与实施例1区别在于，炭膜平均孔径为0.141μm，电导率为4.63×10²(S/m)。经炭膜出水后，出水COD值为425mg/L。

[实施例5]

以分散蓝非离子型染料废水为例。这种废水具有色度高、酸碱度高、毒性大的特点。该废水pH＝5.3，色度650倍，COD_Cr约为468.5mg/L。所施电压为直流2V，每升反应器有效容积对应的曝气量固定为0.085cm³/s，炭膜平均孔径为0.141μm，电导率为4.63×102(S/m)。废水在膜电耦合处理装置中的停留时间为分别为60min、180min、300min。出水COD_Cr分别为248mg/L、187mg/L、193mg/L。出水色度去除率分别为98.83％、99.1％、99.5％。

[实施例6]

实施例6与实施例5区别在于，炭膜平均孔径为0.181μm，电导率为3.040×10²(S/m)(S/m)。所施电压为直流6V，出水COD_Cr分别为246mg/L、198mg/L、172mg/L。出水色度去除率分别为98.3％、98.9％、99.2％。

[实施例7]

实施例7与实施例5区别在于，所施电压为直流6V，出水COD_Cr分别为237mg/L、181mg/L、187mg/L、165mg/L。出水色度去除率分别为99.0％、99.6％、99.8％。

Claims

1.一种用于难生物降解废水治理的膜电耦合处理装置，其特征在于，包括用于产生直流电场的阴极和阳极，所述的阴极为普通碳钢钢板电极，阳极为管式炭膜膜堆，所述的管式碳膜膜堆由数根管式炭膜并连而成，每根炭膜下端封堵密闭，上端与出水管相连并接有接线端子，在所述的阴极和阳极之间，填充由铁屑与炭屑组成的混合物质，曝气系统在所述装置的底部向反应体系供氧。

2.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，每根管式炭膜平均管径：膜管外径在7.0～12.0mm之间，内径在5.0～10.0mm之间；炭膜平均孔径在0.1～0.3μm之间。

3.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，所述的装置采用负压出水。

4.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，在用于产生直流电场的阴极和阳极之间所施加的电压≤10V。

5.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，所述的阳极膜堆中炭膜的根数与对电极普通碳钢钢板的面积随着待处理废水流量的加大而增多或加大。

6.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，铁屑与炭屑的质量比控制在1∶1～5∶1。

7.根据权利要求1所述的膜电耦合处理装置，其特征在于，每升有效容积对应的曝气量固定为0.001cm³/s～0.5cm³/s。