CN104773924B - 一种微电流强化染料类废水生物降解的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电流强化染料类废水生物降解的装置和方法，该装置包括过滤箱，使用过滤膜将过滤箱内部分隔为阴极单元和阳极单元，在阴极单元中填充活性炭颗粒并接种活性污泥；在阴极单元中插入阴极导电体，在阳极单元中插入阳极导电体，阴极导电体通过导线与电源的阴极相连，阳极导电体通过导线与电源的阳极相连；进水口设置在阴极单元相对过滤膜一侧的下部，出水口设置在阳极单元相对过滤膜一侧的上部。本发明利用微生物能够降解染料废水的特点，建立在微电流刺激强化染料废水降解的装置，能够提高染料的去除效率，缩短处理时间，节约能源，而且没有污泥及恶臭产生。

Description

一种微电流强化染料类废水生物降解的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种微电流强化染料类废水生物降解的装置和方法，属于环境保护技术。

背景技术

染料废水具有色度高、COD高、盐度高、可生化性差、对环境危害大等特点，是国内外公认的难降解有机废水之一。由于这类污染物毒性大，成份复杂，化学耗氧量高，一般微生物对其几乎没有降解效果。

目前国内外常用的处理染料废水的方法有物理法、化学法、生物法以及其他结合多学科的处理方法如电化学耦合微生物法。其中，电化学法通过化学转化或化学燃烧，快速高效地与废水中的污染物发生氧化还原反应，使难降解有机物转化降解成二氧化碳和水或其他简单的有机物。电化学水处理技术具有适用范围广、设备简单、易于自动控制等优点。但电化学法也存在着耗能高，难降解有机物分子虽然被从废水中去除，但没有得到彻底降解的问题，而生物法是彻底解决一切污染问题的最根本途径。生物法能有效地去除污水中的有机物、臭味，降低污水的色度，运行成本低，管理方便。但生物法存在着降解速度慢，降解不彻底的缺点。

电-生物耦合技术是一种新的废水处理技术，该技术将生物膜法和电化学法相结合，依靠生物本身对载体的吸附生长，将微生物固定在电极表面，形成一层生物膜，然后在电极间通以一定电流，使污染物在生物和电化学双重作用下得到降解。通过微电流刺激微生物降解染料废水，不仅能够节约成本，而且可以加速有机物的降解，对环境不产生污染。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种微电流强化染料类废水生物降解的装置和方法，利用微生物能够降解染料废水的特点，建立在微电流刺激强化染料废水降解的装置，以提高染料的去除效率，本发明方法缩短了处理的时间并节约了能源，同时不会产生污泥及恶臭。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微电流强化染料类废水生物降解的装置，包括过滤箱，使用过滤膜将过滤箱内部分隔为阴极单元和阳极单元，在阴极单元中填充活性炭颗粒并接种活性污泥；在阴极单元中插入阴极导电体，在阳极单元中插入阳极导电体，阴极导电体通过导线与电源的阴极相连，阳极导电体通过导线与电源的阳极相连；进水口设置在阴极单元相对过滤膜 一侧的下部，出水口设置在阳极单元相对过滤膜一侧的上部。

优选的，所述阴极导电体为黏有石墨碳毡的不锈钢板，使用的粘合剂为导热导电胶；所述阳极导电体为钛基涂层电极板；所述过滤膜为全氟磺酸型质子交换膜。

优选的，所述过滤箱为有机玻璃材质。

优选的，所述导线为钛导线，所述电源为恒压直流电源。

一种采用上述装置进行微电流强化染料类废水生物降解的方法，包括如下步骤：

(1)在过滤箱中放置过滤膜形成阴极单元和阳极单元，在阴极单元内填充活性炭颗粒，分别将阴极导电体和阳极导电体插入到阴极单元和阳极单元内，连接电源；

(2)在阴极单元(2)内接种活性污泥，采用连续流方式向阴极单元(2)注入常规配方营养液，驯化培养40～60天；

(3)将待处理的染料类废水原液进行预处理调节：染料浓度为200mg/L～400mg/L，添加营养液调节COD为400mg/L～800mg/L，pH为6.5～7.5；

(4)以连续流方式将预处理后的染料类废水送入进水口，处理后的染料类废水以连续流方式流出出水口；水力停留时间为1.05L/天以上，电源的电压为0.8V以上。

具体的，所述步骤(1)中，阴极导电体为黏有石墨碳毡的不锈钢板，在插入阴极单元前需进行如下处理：首先使用800目以上(比如1000目)砂纸将不锈钢板打磨光滑，然后放入硝酸钠溶液浸泡24小时以上，再使用去离子水洗净浸泡，最后晾干；石墨碳毡在400～500℃范围内预热30分钟以上；使用导热导电胶将预热后的石墨碳毡粘附在晾干后的不锈钢板表面，放置24小时以上后再插入阴极单元。

具体的，所述步骤(1)中，阳极导电体为钛基涂层电极板，在插入阳极单元前需进行如下处理：首先使用800目以上(比如1000目)砂纸打磨光滑，然后放入硝酸钠溶液浸泡24小时以上，再使用去离子水洗净浸泡，晾干后插入阳极单元。

具体的，所述步骤(1)中，活性炭颗粒在填充到阴极单元前需进行如下处理：首先将活性炭颗粒浸泡到待处理的染料类废水原液中直至饱和，再将浸泡饱和的活性炭颗粒填充到阴极单元内。

有益效果：现有的处理技术为纯电化学或者纯生物技术；前者需要的电流较大，成本大，安全性低；后者微生物技术受染料废水的毒性影响较大，处理能力有限；本发明将两者结合在一起，可以在不影响去除效果的基础上，大大降低启动电压，节约成本，且电化学和微生物技术的结合不仅仅是简单的叠加效果，微电流可以刺激微生物的酶活 性，提高微生物的新陈代谢水平，有利于提高脱色效果。具体来说，本发明提供的微电流强化染料类废水生物降解的装置和方法，相对于现有技术，具有如下优势：

1、相对于电化学技术能大幅降低启动电压，节约成本；

2、想对于生物技术，提高了微生物的抗环境干扰能力和驯化挂膜速度；

3、电化学和微生物技术的结合不仅仅是简单的叠加效果，微电流可以刺激微生物的酶活性，提高微生物的新陈代谢水平，有利于提高脱色效果；

4、本发明属于厌氧处理工艺，不会产生恶臭和污泥，不会对环境造成污染；

5、相对于传统的处理工艺，本发明在保证出水脱色率的前提下，缩短了处理时间。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

包括：阳极导电体1；阴极单元2；过滤膜3；活性炭颗粒4；电源5；进水口6；出水口7；阳极单元8；导线9；阴极导电体10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种微电流强化染料类废水生物降解的装置，包括过滤箱，使用过滤膜3将过滤箱内部分隔为阴极单元2和阳极单元8，在阴极单元2中填充活性炭颗粒4并接种活性污泥；在阴极单元2中插入阴极导电体10，在阳极单元8中插入阳极导电体1，阴极导电体10通过导线9与电源5的阴极相连，阳极导电体1通过导线9与电源5的阳极相连；进水口6设置在阴极单元2相对过滤膜3一侧的下部，出水口7设置在阳极单元8相对过滤膜3一侧的上部。

所述阴极导电体10为黏有石墨碳毡的不锈钢板，使用的粘合剂为导热导电胶，不锈钢板的尺寸为：长×宽×厚＝300mm×200mm×3mm；所述阳极导电体1为钛基涂层铱钽电极板，钛基涂层铱钽电极板的尺寸为：长×宽×厚＝300mm×200mm×3mm；所述过滤膜3为全氟磺酸型质子交换膜；所述过滤箱为有机玻璃材质，过滤箱的尺寸为：长×宽×高＝2000mm×1000mm×500mm，壁厚为3mm；所述导线9为钛导线，所述电源5为恒压直流电源。

过滤膜3设置在过滤箱长度方向的中部，阴极单元2在左侧，阳极单元8在右侧，在阴极单元2左侧面距底沿20mm位置设置的进水口6的直径为6mm，在阳极单元8右侧面距顶沿20mm位置设置的出水口7的直径为6mm。

使用本案的装置进行微电流强化染料类废水生物降解的方法，包括如下步骤：

(1)在过滤箱中放置过滤膜3形成阴极单元2和阳极单元8，在阴极单元2内填充活性炭颗粒4，分别将阴极导电体10和阳极导电体1插入到阴极单元2和阳极单元8内，连接电源5；

(2)在阴极单元2内接种活性污泥，采用连续流方式向阴极单元2注入常规配方营养液，驯化培养40～60天；

(3)将待处理的染料类废水原液进行预处理调节：染料浓度为200mg/L～400mg/L，添加营养液调节COD为400mg/L～800mg/L，pH为6.5～7.5；

(4)以连续流方式将预处理后的染料类废水送入进水口6，处理后的染料类废水以连续流方式流出出水口7；水力停留时间为1.05L/天，电源5的电压为0.8V。

所述步骤(1)中，阴极导电体10为黏有石墨碳毡的不锈钢板，在插入阴极单元2前需进行如下处理：首先使用1000目砂纸将不锈钢板打磨光滑，然后放入硝酸钠溶液浸泡24小时以上，再使用去离子水洗净浸泡，最后晾干；石墨碳毡在450℃范围内预热30分钟；使用导热导电胶将预热后的石墨碳毡粘附在晾干后的不锈钢板表面，放置24小时以上后再插入阴极单元2。

所述步骤(1)中，阳极导电体1为钛基涂层电极板，在插入阳极单元8前需进行如下处理：首先使用1000目砂纸打磨光滑，然后放入硝酸钠溶液浸泡24小时以上，再使用去离子水洗净浸泡，晾干后插入阳极单元8。

所述步骤(1)中，活性炭颗粒4在填充到阴极单元2前需进行如下处理：首先将活性炭颗粒4浸泡到待处理的染料类废水原液中直至饱和，再将浸泡饱和的活性炭颗粒4填充到阴极单元2内。

该方法中使用到的营养液配比如表1所示。

表1营养液的配比

建立三组不同的实验进行对比，以显示本发明的优势，其中第一组采用上述装置和方法；第二组与第一组实验的差别在于，第二组的阴极导电体10和阳极导电体1之间为开路；第三组与第一组实验的差别在于，第三组不添加活性污泥。在第一组和第二组均混入1000mL的浓缩活性污泥(MLSS为16g/L)，用以接种微生物；三组实验均按照200mg/L浓度添加染料，初始时三组的平均染料浓度为200mg/L，处理80天后，分别降至86mg/L、100mg/L、120mg/L。实验结果显示，第一组分别和第二组、第三组相比。染料去除率分别高出7％、17％。

电源电压不同，采用本装置与方法能够实现的微生物降解染料的性能也存在差别，设计三组平行试验，试验装置与上述的第一组相同，但是电源电压分别调节为1V、2V和0.8V，每组试验最大电流的平均值分别为1.456mA、2.621mA和0.567mA；三组实验对染料中氮的去除率分别为57％，71.15％，32.6％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种采用微电流强化染料类废水生物降解的装置进行微电流强化染料类废水生物降解的方法，所述装置包括过滤箱，使用过滤膜(3)将过滤箱内部分隔为阴极单元(2)和阳极单元(8)，在阴极单元(2)中填充活性炭颗粒(4)并接种活性污泥；在阴极单元(2)中插入阴极导电体(10)，在阳极单元(8)中插入阳极导电体(1)，阴极导电体(10)通过导线(9)与电源(5)的阴极相连，阳极导电体(1)通过导线(9)与电源(5)的阳极相连；进水口(6)设置在阴极单元(2)相对过滤膜(3)一侧的下部，出水口(7)设置在阳极单元(8)相对过滤膜(3)一侧的上部；其特征在于：包括如下步骤：

(1)在过滤箱中放置过滤膜(3)形成阴极单元(2)和阳极单元(8)，在阴极单元(2)内填充活性炭颗粒(4)，分别将阴极导电体(10)和阳极导电体(1)插入到阴极单元(2)和阳极单元(8)内，连接电源(5)；

(2)在阴极单元(2)内接种活性污泥，采用连续流方式向阴极单元(2)注入营养液，驯化培养40～60天；

(3)将待处理的染料类废水原液进行预处理调节：染料浓度为200mg/L～400mg/L，添加营养液调节COD为400mg/L～800mg/L，pH为6.5～7.5；

(4)以连续流方式将预处理后的染料类废水送入进水口(6)，处理后的染料类废水以连续流方式流出出水口(7)；水力停留时间为1.05L/天以上，电源(5)的电压为0.8V以上。

2.根据权利要求1所述的微电流强化染料类废水生物降解的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，阴极导电体(10)为黏有石墨碳毡的不锈钢板，在插入阴极单元(2)前需进行如下处理：首先使用800目以上砂纸将不锈钢板打磨光滑，然后放入硝酸钠溶液浸泡24小时以上，再使用去离子水洗净浸泡，最后晾干；石墨碳毡在400～500℃范围内预热30分钟以上；使用导热导电胶将预热后的石墨碳毡粘附在晾干后的不锈钢板表面，放置24小时以上后再插入阴极单元(2)。

3.根据权利要求1所述的微电流强化染料类废水生物降解的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，阳极导电体(1)为钛基涂层电极板，在插入阳极单元(8)前需进行如下处理：首先使用800目以上砂纸打磨光滑，然后放入硝酸钠溶液浸泡24小时以上，再使用去离子水洗净浸泡，晾干后插入阳极单元(8)。

4.根据权利要求1所述的微电流强化染料类废水生物降解的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，活性炭颗粒(4)在填充到阴极单元(2)前需进行如下处理：首先将活性炭颗粒(4)浸泡到待处理的染料类废水原液中直至饱和，再将浸泡饱和的活性炭颗粒(4)填充到阴极单元(2)内。