CN104944697A - 用于处理家具废水的微生物电解池-Fenton联合处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置及工艺，装置包括厌氧折流板反应区、好氧区、Fenton氧化区、二沉区。厌氧折流板反应区包括三个隔室；好氧区和Fenton氧化区中设有空气泵，二沉区中设有污泥回流泵与挡泥板；厌氧折流板反应区、好氧区与Fenton氧化区内分别设置有阳极电极、第一阴极电极、第二阴极电极三种电极，电极通过外电路与电源相连接。进水依次经好氧区、Fenton氧化区与二沉区处理后排放。该一体化系统不仅在原有的微生物处理技术上起到了极大的强化作用，而且通过利用微生物电解池为Fenton氧化区提供H₂O₂，解决了传统Fenton氧化工艺能耗大的问题，提供了一种家具废水处理的新技术。

Description

用于处理家具废水的微生物电解池-Fenton联合处理装置及工艺

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置及工艺。

背景技术

家具生产是我国工业生产的重要组成部分，近年来，随着工业水平的不断发展，传统的手工作坊式木制家具生产逐渐转变成工业化、规模化的生产方式，同时由于人们对生活质量要求的提高，木制家具需求量迅速扩大，家具企业的数量也急剧增长。然而，一直以来企业生产过程中产生的废水都未得到有效治理。木材加工时的木段切割剥皮工序、木材蒸煮工序、干燥冲洗工序等均会产生废水。其中，锯末废水是木材在切割过程中，为降低切割温度而冲洗切削表面的废水，其中主要污染物为木材冲洗过程中溶出的油脂与锯末，其COD较低而悬浮物浓度很高；烘干蒸煮废水是木材在蒸煮工艺段所产生的废水，其中主要污染物为蒸煮过程中溶出的有机物质与人工添加物质，其COD和悬浮物浓度都很高；木材淋洗水是在干燥冲洗工序段产生的废水，其中主要污染物为冲洗过程中溶入水中的有机物质。木材加工废水中有机物含量高，其中木质素及树脂类化合物所占比重高，使得废水的可生化性差。而常规的废水处理方法不能有效处理这些有毒有害难降解的有机污染物，难以完全达到相关的排放标准，易对环境水体造成严重污染。因此如何将废水中的木质素及树脂类化合物溶出，以提高废水的可生化性是治理木材加工废水首要解决的问题。

为了提高废水可生化性，目前常用的方法为化学混凝法、水解酸化法、电解法或厌氧生物处理法等。化学混凝法为目前的主流，常采用的絮凝剂有有机无机酸类、简单无机盐类、高分子类以及一些天然矿物质、工业废料等。但目前尚且没有性能良好的絮凝剂产品，使用单一的沉淀絮凝剂效果往往不理想，很多试验是无机高分子加有机高分子混合处理，投入药剂量较大，药剂成本往往占处理成本的50%以上。且处理后与木质素混杂，甚至改变木质素结构，分离木质素困难，限制了木质素的应用，造成新的污染，实际上是污染转移。水解酸化通常用于高浓度有机废水的预处理，但其缺点是对有机物的去除率较低，一般不超过20%，对废水可生化性的提升效果有限。微电解法和厌氧法均能提高废水可生化性，但微电解法可能导致铁碳的板结与钝化，还会产生废渣等二次污染问题。厌氧法操作简单，运行费用低，但厌氧污泥驯化时间较长，降解速度相对较慢。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，并提供了一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置及工艺。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，该装置的装置外壳内依次设有厌氧折流板反应区、好氧区、Fenton氧化区二沉区四个区域，每个区域之间由不锈钢板半隔开，厌氧折流板反应区分为第一隔室、第二隔室和第三隔室,每个隔室顶部均设有导气管，厌氧折流板反应区上部设有进水口，二沉区上部设有出水口，厌氧折流板反应区内设有折流板，好氧区、Fenton氧化区内均设有曝气头，曝气头外接空气泵，二沉区内设有导流板与挡泥板，二沉区底部设置污泥回流泵，回流的污泥流向好氧区，厌氧折流板反应区内设有阳极电极，好氧区内设有第一阴极电极，Fenton氧化区内设有第二阴极电极，阳极电极分别与第一阴极电极和第二阴极电极通过不锈钢丝并联，阳极电极与电源的正极相连，第一阴极电极和第二阴极电极均与电源的负极相连。

进一步作为本发明的改进，装置外壳的材料采用不锈钢板。

进一步作为本发明的改进，厌氧折流板反应区、好氧区、Fenton氧化区、二沉区四个区域体积比分别3:2:2:1。

进一步作为本发明的改进，好氧区、Fenton氧化区和二沉区之间的隔板下部封死，上部与装置外壳顶部间留有12cm高度。

进一步作为本发明的改进，二沉区中设有导流板，距Fenton氧化区与二沉区之间的隔板距离为7cm，导流板下部留有12cm高度。

进一步作为本发明的改进，好氧区中的曝气头固定在好氧区和Fenton氧化区之间的隔板上，距离隔板底部17cm，气水比为12：1。

进一步作为本发明的改进，Fenton氧化区中的曝气头固定在Fenton氧化区和二沉区之间的隔板上，距离装置外壳底部17cm，气水比为12：1。

进一步作为本发明的改进，二沉区内设有挡泥板，挡泥板与装置外壳底部的夹角为60°。

进一步作为本发明的改进，所述的阳极电极、第一阴极电极、第二阴极电极均采用碳毡作为材料。

同时，本发明还提供一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理工艺，包括如下步骤： 

1)家具废水从厌氧折流板反应区上部进水口进水，依次流过厌氧折流板反应区第一隔室、第二隔室和第三隔室，对废水进行厌氧处理，以降解好氧生物处理难以降解的有机物；

2)在厌氧折流板反应区中设置阳极电极，在好氧区和Fenton氧化区内分别设置第一阴极电极和第二阴极电极，对三个电极进行通电，利用外加电压后的阳极电极富集产电微生物，提高生物活性，从而提高污染物降解速率，厌氧折流板反应区中产生的气体通过导气管排出；厌氧折流板反应区的出水通过导流板流入好氧区；

3)通过曝气头对好氧区中的废水进行曝气，好氧微生物通过好氧代谢将家具废水中的可生物降解有机物降解为稳定无机物；好氧区中的第一阴极电极接受从阳极电极通过外电路传递而来的电子，加强自身的物质代谢与能量代谢，提高污染物降解速率；

4)将好氧区的出水排入Fenton氧化区进行Fenton氧化，通过曝气头将 O₂通入 Fenton氧化区，同时利用Fenton氧化区中的第二阴极电极接受从阳极电极通过外电路传递而来的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，彻底降解难生物降解的有机物；

5)Fenton氧化区的出水排入二沉区并通过挡泥板进行泥水分离，回流污泥通过二沉区底部设置的污泥回流泵流向好氧区，出水通过二沉区上部的出水口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是强化家具废水高级氧化处理与生物处理的同时节约能源。本工艺在厌氧-好氧-沉淀的基础上，通过Fenton氧化作用和微生物的降解作用可以进行废水的处理，同时由于微生物电解池系统作用，提高了废水降解的效果。

厌氧折流板反应区由于阳极上的产电微生物的富集，在外加电压的作用生物活性会明显提高，从而使污染物降解速率明显提高。

阴极所在的好氧区由于接受了从阳极通过外电路传递而来的电子，使得自身自身的物质代谢与能量代谢得到加强，从而使污染物降解速率明显提高。

阴极所在的Fenton氧化区由于接受了从阳极通过外电路传递而来的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，故该法对难生物降解有机物的降解比较彻底，不产生或基本不产生中间有毒有害物质。

本发明在厌氧-好氧-沉淀的基础上，引入了微生物电解池系统、微生物电解池与Fenton耦合系统。通过在厌氧折流板反应区内放置阳极碳毡，好氧区和Fenton氧化区内放置阴极碳毡，厌氧折流板反应区中的阳极与好氧区中的阴极、厌氧折流板反应区中的阳极与Fenton氧化区中的阴极通过不锈钢丝并联并通过导线与电源相连接。在微生物电解池系统的作用下，厌氧折流板反应区中的微生物活性明显增加，降解污染物速率将极大提高，产生的电子通过外电路输送到好氧区中，好氧区的微生物得到由外电路输送来的电子，自身的物质代谢与能量代谢得到加强，污水处理效果也将极大提高。在微生物电解池与Fenton耦合系统的作用下，厌氧折流板反应区中的微生物活性明显增加，污染物降解效率将极大提高，产生的电子通过外电路输送到Fenton氧化区中，Fenton氧化区的阴极得到由外电路输送来的电子，并与质子和曝气头产生的氧气反应，生成H₂O₂，故该法不用外加H₂O₂，因此降低了处理费用，并从根本上避免了H₂O₂在运输和储藏上潜在的危害，同时对有机物的降解比较彻底，不产生或基本不产生中间有毒有害物质。故该种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理工艺在污水处理达标与节能减排方面具有明显优势。

附图说明

图1为一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置的结构示意图。

图2为一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理工艺流程图。

图中，装置外壳1、厌氧折流板反应区2、好氧区3、Fenton氧化区4、二沉区5、进水口6、出水口7、导气管8、不锈钢板9、折流板10、导流板11、挡泥板12、空气泵13、曝气头14、污泥回流泵15、阳极电极16、第一阴极电极17、第二阴极电极18、电源19、不锈钢丝20。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1所示，一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，该装置的装置外壳1内依次设有厌氧折流板反应区2、好氧区3、Fenton氧化区4二沉区5四个区域，每个区域之间由不锈钢板9半隔开，厌氧折流板反应区2分为第一隔室201、第二隔室202和第三隔室203,每个隔室顶部均设有导气管8，厌氧折流板反应区2上部设有进水口6，二沉区5上部设有出水口7，厌氧折流板反应区2内设有折流板10，废水从厌氧折流板反应区2上部进水口6进水，依次流过三个隔室，以降解某些好氧生物处理难以降解的有机物，废水流经过程中利用外电路对各电极进行通电，厌氧折流板反应区2中的阳极电极16上产电微生物富集，在外加电压的作用生物活性会明显提高，从而使污染物降解速率明显提高，厌氧折流板反应区2中产生的气体通过导气管8排出。好氧区3、Fenton氧化区4内均设有曝气头14，曝气头14外接空气泵13，二沉区5内设有导流板11与挡泥板12，二沉区5底部设置污泥回流泵15，回流的污泥流向好氧区3，厌氧折流板反应区2内设有阳极电极16，好氧区3内设有第一阴极电极17，Fenton氧化区4内设有第二阴极电极18，阳极电极16分别与第一阴极电极17和第二阴极电极18通过不锈钢丝20并联，阳极电极16与电源19的正极相连，第一阴极电极17和第二阴极电极18均与电源19的负极相连。厌氧折流板反应区2的出水通过导流板11流入好氧区3，通过曝气头14进行鼓风曝气，好氧微生物通过好氧代谢将家具废水中的可生物降解有机物降解为稳定无机物。通电后，阳极电极16不断通过外电路向第一阴极电极17传递电子，使得好氧区微生物的自身的物质代谢与能量代谢得到加强，从而使污染物降解速率明显提高。而在Fenton氧化区4内，曝气头14不断对 Fenton氧化区4进行曝气，Fenton氧化区4中的第二阴极电极18也与第一阴极电极17一样，不断接受从阳极电极16通过外电路传递而来的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，因此该法对难生物降解有机物的降解比较彻底，并且不产生或基本不产生中间有毒有害物质，使出水达标。

厌氧折流板反应区中的阳极的原理为：微生物在外电压的作用下降解家具废水中的有机物，由产电菌产生的电子及阳离子分别通过外电路及水相流向阴极，以增强阴极微生物的活性并且保持着电荷的平衡。

好氧区中的阴极的原理为：微生物利用由厌氧折流板反应区通过外电路传来的电子与随水相流动的阳离子使自身活性被增强，污染物的降解速率相对于没有通电的情况来说有了明显的提高。

Fenton氧化区中的阴极的原理为：Fenton氧化区的阴极利用外电路输送的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，生成的H₂O₂能迅速外加Fe²⁺反应生成·OH和Fe³⁺，利用·OH无选择性的强氧化能力达到对难降解有机物去除的目的。

装置外壳1的材料采用不锈钢板。厌氧折流板反应区2、好氧区3、Fenton氧化区4、二沉区5四个区域体积比分别3:2:2:1。好氧区3、Fenton氧化区4和二沉区5之间的隔板9下部封死，上部与装置外壳1顶部间留有12cm高度。二沉区5中设有导流板11，距Fenton氧化区4与二沉区5之间的隔板9距离为7cm，导流板11下部留有12cm高度。好氧区3中的曝气头14固定在好氧区3和Fenton氧化区4之间的隔板9上，距离隔板底部17cm，气水比为12：1。Fenton氧化区4中的曝气头14固定在Fenton氧化区4和二沉区5之间的隔板9上，距离装置外壳1底部17cm，气水比为12：1。二沉区5内设有挡泥板12，挡泥板12与装置外壳1底部的夹角为60°。所述的阳极电极16、第一阴极电极17、第二阴极电极18均采用碳毡作为材料。

本发明重点在于引入了微生物电解池系统与微生物电解池与Fenton耦合系统。在厌氧折流板反应区内放置阳极碳毡，好氧区及Fenton氧化区内放置阴极碳毡，并将厌氧折流板反应区中的阳极与好氧区中的阴极、厌氧折流板反应区中的阳极与Fenton氧化区中的阴极并联。在由厌氧折流板反应区与好氧区构成的微生物电解池系统的作用下，厌氧折流板反应区中的微生物活性明显增加，污染物降解效率将极大提高，产生的电子通过外电路输送到好氧区中，好氧区的微生物得到由外电路输送来的电子，自身的物质代谢与能量代谢得到增强，污水处理效果也将极大提高。在由厌氧折流板反应区与Fenton氧化区构成的微生物电解池与Fenton耦合系统的作用下，厌氧折流板反应区中的微生物生物活性与电活性均会增加，污染物降解效率也极大的提高，产生的电子通过外电路输送到Fenton氧化区中，Fenton氧化区的阴极利用外电路输送的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，故该法不用外加H₂O₂，因此降低了处理费用，并从根本上避免了H₂O₂在运输和储藏上潜在的危害，同时对难生物降解有机物的降解比较彻底，并且不产生或基本不产生中间有毒有害物质。

同时，本发明还提供用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理工艺，包括如下步骤： 

1)家具废水从厌氧折流板反应区2上部进水口6进水，依次流过厌氧折流板反应区2第一隔室201、第二隔室202和第三隔室203，对废水进行厌氧处理，以降解好氧生物处理难以降解的有机物；

2)在厌氧折流板反应区2中设置阳极电极16，在好氧区3和Fenton氧化区4内分别设置第一阴极电极17和第二阴极电极18，阳极电极16与电源19的正极相连，第一阴极电极17和第二阴极电极18均与电源19的负极相连。对三个电极进行通电，利用外加电压后的阳极电极16富集产电微生物，提高生物活性，从而提高污染物降解速率，厌氧折流板反应区2中产生的气体通过导气管8排出；厌氧折流板反应区2的出水通过导流板11流入好氧区3；

3)通过曝气头14对好氧区3中的废水进行曝气，好氧微生物通过好氧代谢将家具废水中的可生物降解有机物降解为稳定无机物；好氧区3中的第一阴极电极17接受从阳极电极16通过外电路传递而来的电子，加强自身的物质代谢与能量代谢，提高污染物降解速率；

4)将好氧区3的出水排入Fenton氧化区4进行Fenton氧化，通过曝气头14将 O₂通入 Fenton氧化区4，同时利用Fenton氧化区4中的第二阴极电极18接受从阳极电极16通过外电路传递而来的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，彻底降解难生物降解的有机物；

5)Fenton氧化区4的出水排入二沉区5并通过挡泥板12进行泥水分离，回流污泥通过二沉区5底部设置的污泥回流泵15流向好氧区3，出水通过二沉区5上部的出水口7排出。

本发明的特点是在厌氧--好氧-沉淀的基础上，通过构建微生物电解池系统、微生物电解池与Fenton耦合系统极大的提高了污染物的去除效率，并且微生物电解池与Fenton耦合系统不用外加H₂O₂，因此降低了处理费用，并从根本上避免了H₂O₂在运输和储藏上潜在的危害，既可以强化家具废水的高级氧化及生物处理又具有节能减排效果，是一种可以大规模推广的新技术。

Claims (10)

1.一种用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：装置外壳(1)内依次设有厌氧折流板反应区(2)、好氧区(3)、Fenton氧化区(4)和二沉区(5)四个区域，每个区域之间由不锈钢板(9)半隔开，厌氧折流板反应区(2)分为第一隔室（201）、第二隔室（202）和第三隔室（203）,每个隔室顶部均设有导气管(8)，厌氧折流板反应区(2)上部设有进水口(6)，二沉区(5)上部设有出水口(7)，厌氧折流板反应区(2)内设有折流板(10)，好氧区(3)、Fenton氧化区(4)内均设有曝气头(14)，曝气头(14)外接空气泵(13)，二沉区(5)内设有导流板(11)与挡泥板(12)，二沉区(5)底部设置污泥回流泵(15)，回流的污泥流向好氧区(3)，厌氧折流板反应区(2)内设有阳极电极(16)，好氧区(3)内设有第一阴极电极(17)，Fenton氧化区(4)内设有第二阴极电极(18)，阳极电极(16)分别与第一阴极电极(17)和第二阴极电极(18)通过不锈钢丝(20)并联，阳极电极(16)与电源(19)的正极相连，第一阴极电极(17)和第二阴极电极(18)均与电源(19)的负极相连。

2.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：装置外壳(1)的材料采用不锈钢板。

3.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：厌氧折流板反应区(2)、好氧区(3)、Fenton氧化区(4)、二沉区(5)四个区域体积比分别3:2:2:1。

4.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：好氧区(3)、Fenton氧化区(4)和二沉区(5)之间的隔板(9)下部封死，上部与装置外壳(1)顶部间留有12cm高度。

5.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：二沉区(5)中设有导流板(11)，距Fenton氧化区(4)与二沉区(5)之间的隔板(9)距离为7cm，导流板(11)下部留有12cm高度。

6.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：好氧区(3)中的曝气头(14)固定在好氧区(3)和Fenton氧化区(4)之间的隔板(9)上，距离隔板底部17cm，气水比为12：1。

7.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：Fenton氧化区(4)中的曝气头(14)固定在Fenton氧化区(4)和二沉区(5)之间的隔板(9)上，距离装置外壳(1)底部17cm，气水比为12：1。

8.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：二沉区(5)内设有挡泥板(12)，挡泥板(12)与装置外壳(1)底部的夹角为60°。

9.根据权利要求1所述的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理装置，其特征在于：所述的阳极电极(16)、第一阴极电极(17)、第二阴极电极(18)均采用碳毡作为材料。

10.一种使用如权利要求1所述装置的用于处理家具废水的微生物电解池－Fenton联合处理工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)家具废水从厌氧折流板反应区(2)上部进水口(6)进水，依次流过厌氧折流板反应区(2)第一隔室（201）、第二隔室（202）和第三隔室（203），对废水进行厌氧处理，以降解好氧生物处理难以降解的有机物；

2)在厌氧折流板反应区(2)中设置阳极电极(16)，在好氧区(3)和Fenton氧化区(4)内分别设置第一阴极电极(17)和第二阴极电极(18)，对三个电极进行通电，利用外加电压后的阳极电极(16)富集产电微生物，提高生物活性，从而提高污染物降解速率，厌氧折流板反应区(2)中产生的气体通过导气管(8)排出；厌氧折流板反应区(2)的出水通过导流板(11)流入好氧区(3)；

3)通过曝气头(14)对好氧区(3)中的废水进行曝气，好氧微生物通过好氧代谢将家具废水中的可生物降解有机物降解为稳定无机物；好氧区(3)中的第一阴极电极(17)接受从阳极电极(16)通过外电路传递而来的电子，加强自身的物质代谢与能量代谢，提高污染物降解速率；

4)将好氧区(3)的出水排入Fenton氧化区(4)进行Fenton氧化，通过曝气头(14)将 O₂通入Fenton氧化区(4)，同时利用Fenton氧化区(4)中的第二阴极电极(18)接受从阳极电极(16)通过外电路传递而来的电子，与质子和曝气头产生的氧气反应生成H₂O₂，彻底降解难生物降解的有机物；

5)Fenton氧化区(4)的出水排入二沉区(5)并通过挡泥板(12)进行泥水分离，回流污泥通过二沉区(5)底部设置的污泥回流泵(15)流向好氧区(3)，出水通过二沉区(5)上部的出水口(7)排出。