CN105540849A - 一种基于电子调控的产电脱盐装置及利用该装置处理含丙烯腈炼化废水的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电子调控的产电脱盐装置及利用该装置处理含丙烯腈炼化废水的方法，本发明涉及废水处理及资源循环利用领域，特别是涉及产电脱盐装置及利用该装置处理炼化废水的方法。本发明的目的是为了解决现有工业废水处理难度大，生物化学处理难且工业废水中能源浪费的问题。本发明的基于电子调控的产电脱盐装置包括阳极室、阳极碳刷、阴离子交换膜、脱盐室、阳离子交换膜、阴极碳刷、阴极室、参比电极、外电阻和曝气装置。本发明的产电脱盐装置处理废水的方法具体是按以下步骤进行：首先将具有炼化废水降解能力的活性污泥进行驯化使之全部成为产电生物膜，然后含丙烯腈炼化废水经阳极室处理再经阴极室处理，最后经脱盐室脱盐处理得到净化好的污水。

Description

一种基于电子调控的产电脱盐装置及利用该装置处理含丙烯腈炼化废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理及资源循环利用领域，特别是涉及一种基于电子调控的产电脱盐装置及利用该装置处理含丙烯腈炼化废水的方法。
背景技术
环境问题与能源问题制约着人类社会的发展。由于我国工业的不断发展，导致了工业用水量的急剧攀升，这无疑加重了水资源短缺这一危机。在化学工业生产中产生的大量化工废水含有烃类物质以及其它难降解物质，如果不能妥善处置，势必会造成受纳环境的污染，威胁生态环境安全，危害人类及其它生物的健康，因此，化工废水的处理成为始终困扰工业发展与人类生活的难题。与此同时，人类赖以生存的化石能源日渐枯竭，在化石能源的开采利用过程中也加重了环境问题，因此，寻找可持续的清洁能源成为了解决能源危机的一条出路。化工废水在处理的过程中同样需要耗散一定的能源，其中所蕴含的有机物物质被降解转化也成为了一种资源的浪费。因此，化工废水处理与产生能源相结合为化工废水的处理提供了新的思路与发展方向。生物电化学系统是利用微生物降解有机物，将化学能转化为电能的的电化学装置。微生物脱盐电池(MDC)在阳极室和阴极室之间添加阴离子交换膜与阳离子交换膜，在两极之间形成了脱盐室。在功能上，MDC实现了污染物降解，产电，脱盐的三种功效。在本发明中，MDC用于降解含丙烯腈的炼化废水。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有工业废水处理难度大，生物化学处理难且工业废水中能源浪费的问题，而提供一种基于电子调控的产电脱盐装置及利用该装置处理含丙烯腈炼化废水的方法。
一种基于电子调控的产电脱盐装置，该装置包括阳极室、阳极碳刷、阴离子交换膜、脱盐室、阳离子交换膜、阴极碳刷、阴极室、参比电极、外电阻和曝气装置；所述脱盐室设置在阳极室和阴极室之间，所述脱盐室的左侧与阳极室的右侧通过阴离子交换膜相隔，所述脱盐室的右侧与阴极室的左侧通过阳离子交换膜相隔；所述阳极室内设置有阳极碳刷，所述阳极室的左侧上方设置有第一出水口，所述阳极室的左侧下方设置有第一进水口，所述参比电极贯穿于阳极室的上顶部设置在阳极室内；所述阴极室内设置有阴极碳刷，所述阴极室的右侧上方设置有第二出水口，所述阴极室右侧下方设置有第二进水口，所述阴极室的底部设置有曝气装置；所述阳极碳刷通过导线与外电阻的一端相连，所述阴极碳刷通过导线与外电阻的另一端相连；所述脱盐室的顶部设置有第三出水口，所述脱盐室的底部设置有第三进水口；所述第一出水口通过第一泵和水管与第二进水口相连；所述第二出水口通过第二泵和水管与第三进水口相连，所述阳极室和阴极室的容积相同。
一种利用基于电子调控的产电脱盐装置处理含丙烯腈炼化废水的方法具体是按以下步骤进行：
一、向阳极室和阴极室中分别注入具有炼化废水降解能力的活性污泥，然后再分别向阳极室和阴极室加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，阳极室密封1～4天，阴极室通过曝气装置持续曝气1～4天，然后将阳极室和阴极室中的含丙烯腈炼化废水排出；
所述再分别向阳极室和阴极室加入含丙烯腈炼化废水的COD为2580mg/L～2780mg/L和丙烯腈含量为300mg/L～400mg/L；
二、采用外电阻将阳极碳刷和阴极碳刷相连，然后向阳极室和阴极室分别加入PBS缓冲液至浓度为18ppm～22ppm、加葡萄糖至浓度为50mg/L～500mg/L，再分别向阳极室和阴极室加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，开始产生电流输出，每当电压下降至50mV时，将阳极室和阴极室中的含丙烯腈炼化废水排出；
三、重复操作步骤二20天～30天后，阳极室内的阳极碳刷上生成厌氧产电生物膜，阴极室内的阴极碳刷上生成好氧产电生物膜，然后利用泵将阳极室经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到阴极室，并利用曝气装置持续曝气控制阴极室溶氧量在2mg/L～4mg/L；利用泵将阴极室经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到脱盐室，脱盐室中的阳离子交换膜将阴极室输送过来的丙烯腈炼化废水中的阳离子传入阳极室，阴离子交换膜将阴极室输送过来的丙烯腈炼化废水中的阴离子传入阴极室，此时外置电阻上呈现出稳定的电能输出，最终将脱盐室中的废水经第三出水口排出，即完成丙烯腈炼化废水的产电脱盐处理；
所述经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD为1620mg/L～1780mg/L和丙烯腈含量为50mg/L～100mg/L；
所述经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD为610mg/L～780mg/L和丙烯腈含量为0mg/L～5mg/L；
本发明的有益效果是：
本发明采用MDC用于降解含丙烯腈的炼化废水，实现了污染物降解，产电，脱盐的三种功效。本发明将厌氧生物处理和好氧生物处理与MDC工艺相结合，并将其应用于含丙烯腈炼化废水的处理上。实现对有毒有害物质处理的同时，整个处理过程不需要外加能量，能够获得稳定的电能输出，同时可以实现对含盐污水脱盐回收的目的。
经本发明装置处理完的含丙烯腈炼化废水的COD从2580mg/L～2780mg/L降到610mg/L～780mg/L和丙烯腈含量从300mg/L～400mg/L降到0mg/L～5mg/L，可见对丙烯腈废水处理的效果很明显；并且本发明能够在启动24h后实现电流稳定输出，输出电压一直稳定在750mV～820mV之间；本发明装置对含丙烯腈炼化废水脱盐率可达65％以上。
附图说明
图1为用于含丙烯腈炼化废水处理的基于电子调控的产电脱盐装置示意图；
图2为实施例1利用微生物脱盐电池处理含丙烯腈炼化废水时的COD降解曲线；其中，1为未处理含丙烯腈炼化废水的COD浓度，2为经阳极室厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD浓度，3为经阴极室好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD浓度；
图3为实施例1利用微生物脱盐电池处理含丙烯腈炼化废水时电池极化曲线；其中1为电池电压，2为功率密度；
图4为实施例1微生物脱盐电池的脱盐曲线图；
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的基于电子调控的产电脱盐装置，该装置包括阳极室1、阳极碳刷2、阴离子交换膜3、脱盐室4、阳离子交换膜5、阴极碳刷6、阴极室7、参比电极8、外电阻9和曝气装置16；所述脱盐室4设置在阳极室1和阴极室7之间，所述脱盐室4的左侧与阳极室1的右侧通过阴离子交换膜3相隔，所述脱盐室4的右侧与阴极室7的左侧通过阳离子交换膜5相隔；所述阳极室1内设置有阳极碳刷2，所述阳极室1的左侧上方设置有第一出水口10，所述阳极室1的左侧下方设置有第一进水口11，所述参比电极8贯穿于阳极室1的上顶部设置在阳极室1内；所述阴极室7内设置有阴极碳刷6，所述阴极室7的右侧上方设置有第二出水口12，所述阴极室7的右侧下方设置有第二进水口13，所述阴极室7的底部设置有曝气装置16；所述阳极碳刷2通过导线与外电阻9的一端相连，所述阴极碳刷6通过导线与外电阻9的另一端相连；所述脱盐室4的顶部设置有第三出水口15，所述脱盐室4的底部设置有第三进水口14；所述第一出水口10通过第一泵17和水管与第二进水口13相连；所述第二出水口12通过第二泵18和水管与第三进水口14相连。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述阳极室1和阴极室7的容积相同。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的利用实施方式一的基于电子调控的产电脱盐装置处理含丙烯腈炼化废水的方法具体是按以下步骤进行：
一、向阳极室1和阴极室7中分别注入具有炼化废水降解能力的活性污泥，然后再分别向阳极室1和阴极室7加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，阳极室1密封1～4天，阴极室7通过曝气装置16持续曝气1～4天，然后将阳极室1和阴极室7中的含丙烯腈炼化废水排出；
所述再分别向阳极室1和阴极室7加入含丙烯腈炼化废水的COD为2580mg/L～2780mg/L和丙烯腈含量为300mg/L～400mg/L；
二、采用外电阻9将阳极碳刷2和阴极碳刷6相连，然后向阳极室1和阴极室7分别加入PBS缓冲液至浓度为18ppm～22ppm、加葡萄糖至浓度为50mg/L～500mg/L，再分别向阳极室1和阴极室7加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，开始产生电流输出，每当电压下降至50mV时，将阳极室1和阴极室7中的含丙烯腈炼化废水排出；
三、重复操作步骤二20天～30天后，阳极室1内的阳极碳刷2上生成厌氧产电生物膜，阴极室7内的阴极碳刷6上生成好氧产电生物膜，然后利用泵17将阳极室1经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到阴极室7，并利用曝气装置16持续曝气控制阴极室7溶氧量在2mg/L～4mg/L；利用泵18将阴极室7经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到脱盐室4，脱盐室4中的阳离子交换膜5将阴极室7输送过来的丙烯腈炼化废水中的阳离子传入阳极室1，阴离子交换膜3将阴极室7输送过来的丙烯腈炼化废水中的阴离子传入阴极室7，此时外置电阻9上呈现出稳定的电能输出，最终将脱盐室4中的废水经第三出水口15排出，即完成丙烯腈炼化废水的产电脱盐处理；
所述经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD为1620mg/L～1780mg/L和丙烯腈含量为50mg/L～100mg/L；
所述经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD为610mg/L～780mg/L和丙烯腈含量为0mg/L～5mg/L；
本实施方式采用MDC用于降解含丙烯腈的炼化废水，实现了污染物降解，产电，脱盐的三种功效。本实施方式将厌氧生物处理和好氧生物处理与MDC工艺相结合，并将其应用于含丙烯腈炼化废水的处理上。实现对有毒有害物质处理的同时，整个处理过程不需要外加能量，能够获得稳定的电能输出，同时可以实现对含盐污水脱盐回收的目的。
经本实施方式装置处理完的含丙烯腈炼化废水的COD从2580mg/L～2780mg/L降到610mg/L～780mg/L和丙烯腈含量从300mg/L～400mg/L降到0mg/L～5mg/L，可见对丙烯腈废水处理的效果很明显；并且本发明能够在启动24h后实现电流稳定输出，输出电压一直稳定在750mV～820mV之间，本实施方式装置对含丙烯腈炼化废水脱盐率可达65％以上。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤所述一阳极室1密封1天。其他步骤与参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤一所述阴极室7通过曝气装置16持续曝气1天。其他步骤与参数与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤二所述然后向阳极室1和阴极室7分别加入PBS缓冲液至浓度为20ppm。其他步骤与参数与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤二所述加葡萄糖至浓度为200mg/L。其他步骤与参数与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤三所述并利用曝气装置16持续曝气控制阴极室7溶氧量在3mg/L。其他步骤与参数与具体实施方式三至七之一相同。
采用以下实施例验证本发明有益效果：
实施例1：
利用基于电子调控的产电脱盐装置处理含丙烯腈炼化废水的方法具体是按以下步骤进行：
一、向阳极室1和阴极室7中分别注入具有炼化废水降解能力的活性污泥，然后再分别向阳极室1和阴极室7加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，阳极室1密封4天，阴极室7通过曝气装置16持续曝气4天，然后将阳极室1和阴极室7中的含丙烯腈炼化废水排出；
所述再分别向阳极室1和阴极室7加入含丙烯腈炼化废水的COD为2610mg/L和丙烯腈含量为350mg/L；
二、采用外电阻9将阳极碳刷2和阴极碳刷6相连，然后向阳极室1和阴极室7分别加入PBS缓冲液至浓度为20ppm、加葡萄糖至浓度为200mg/L，再分别向阳极室1和阴极室7加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，开始产生电流输出，每当电压下降至50mV时，将阳极室1和阴极室7中的含丙烯腈炼化废水排出；
三、重复操作步骤二25天后，阳极室1内的阳极碳刷2上生成厌氧产电生物膜，阴极室7内的阴极碳刷6上生成好氧产电生物膜，然后利用泵17将阳极室1经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到阴极室7，并利用曝气装置16持续曝气控制阴极室7溶氧量在3mg/L；利用泵18将阴极室7经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到脱盐室4，脱盐室4中的阳离子交换膜5将阴极室7输送过来的丙烯腈炼化废水中的阳离子传入阳极室1，阴离子交换膜3将阴极室7输送过来的丙烯腈炼化废水中的阴离子传入阴极室7，此时外置电阻9上呈现出稳定的电能输出，最终将脱盐室4中的废水经第三出水口15排出，即完成丙烯腈炼化废水的产电脱盐处理；
所述经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD为720mg/L和丙烯腈含量为75mg/L；
所述经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD为500mg/L和丙烯腈含量为10mg/L；
图2为实施例1利用微生物脱盐电池处理含丙烯腈炼化废水时的COD降解曲线；其中，1为未处理含丙烯腈炼化废水的COD浓度，2为经阳极室厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD浓度，3为经阴极室好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD浓度；从图2可以看出通过阳极室厌氧产电生物膜处理后COD去除率41％，然后将阴极室好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水的COD去除率78％左右，同时丙烯腈被有效的去除97％，有毒物质被降解了；
图3为实施例1利用微生物脱盐电池处理含丙烯腈炼化废水时电池极化曲线；其中1为电池电压，2为功率密度；从图中可以看出电池的电阻小，同时输出功率稳定，极化曲线平稳；并且实施例装置能够在启动24h后实现电流稳定输出，输出电压一直稳定在750mV～820mV之间；
图4为本实施例微生物脱盐电池的脱盐曲线图，由图4可知，本实施方式装置对含丙烯腈炼化废水脱盐率可达65％以上。

Claims (8)

1.一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：该装置包括阳极室(1)、阳极碳刷(2)、阴离子交换膜(3)、脱盐室(4)、阳离子交换膜(5)、阴极碳刷(6)、阴极室(7)、参比电极(8)、外电阻(9)和曝气装置(16)；所述脱盐室(4)设置在阳极室(1)和阴极室(7)之间，所述脱盐室(4)的左侧与阳极室(1)的右侧通过阴离子交换膜(3)相隔，所述脱盐室(4)的右侧与阴极室(7)的左侧通过阳离子交换膜(5)相隔；所述阳极室(1)内设置有阳极碳刷(2)，所述阳极室(1)的左侧上方设置有第一出水口(10)，所述阳极室(1)的左侧下方设置有第一进水口(11)，所述参比电极(8)贯穿于阳极室(1)的上壁设置在阳极室(1)内；所述阴极室(7)内设置有阴极碳刷(6)，所述阴极室(7)的右侧上方设置有第二出水口(12)，所述阴极室(7)的右侧下方设置有第二进水口(13)，所述阴极室(7)的底部设置有曝气装置(16)；所述阳极碳刷(2)通过导线与外电阻(9)的一端相连，所述阴极碳刷(6)通过导线与外电阻(9)的另一端相连；所述脱盐室(4)的顶部设置有第三出水口(15)，所述脱盐室(4)的底部设置有第三进水口(14)；所述第一出水口(10)通过第一泵(17)和水管与第二进水口(13)相连；所述第二出水口(12)通过第二泵(18)和水管与第三进水口(14)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：所述阳极室(1)和阴极室(7)的容积相同。
3.利用权利要求1所述的基于电子调控的产电脱盐装置处理含丙烯腈炼化废水的方法按以下步骤进行：
一、向阳极室(1)和阴极室(7)中分别注入具有炼化废水降解能力的活性污泥，然后再分别向阳极室(1)和阴极室(7)加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，阳极室(1)密封1～4天，阴极室(7)通过曝气装置(16)持续曝气1～4天，然后将阳极室(1)和阴极室(7)中的含丙烯腈炼化废水排出；
所述再分别向阳极室(1)和阴极室(7)加入含丙烯腈炼化废水的COD为2580mg/L～2780mg/L和丙烯腈含量为300mg/L～400mg/L；
二、采用外电阻(9)将阳极碳刷(2)和阴极碳刷(6)相连，然后向阳极室(1)和阴极室(7)分别加入PBS缓冲液至浓度为18ppm～22ppm、加葡萄糖至浓度为50mg/L～500mg/L，再分别向阳极室(1)和阴极室(7)加入含丙烯腈炼化废水至蓄满，开始产生电流输出，每当电压下降至50mV时，将阳极室(1)和阴极室7中的含丙烯腈炼化废水排出；
三、重复操作步骤二20天～30天后，阳极室(1)内的阳极碳刷(2)上生成厌氧产电生物膜，阴极室(7)内的阴极碳刷(6)上生成好氧产电生物膜，然后利用泵(17)将阳极室(1)经厌氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到阴极室(7)，并利用曝气装置(16)持续曝气控制阴极室(7)溶氧量在2mg/L～4mg/L；利用泵(18)将阴极室(7)经好氧产电生物膜处理完的丙烯腈炼化废水输送到脱盐室(4)，脱盐室(4)中的阳离子交换膜(5)将阴极室(7)输送过来的丙烯腈炼化废水中的阳离子传入阳极室(1)，阴离子交换膜(3)将阴极室(7)输送过来的丙烯腈炼化废水中的阴离子传入阴极室(7)，此时外置电阻(9)上呈现出稳定的电能输出，最终将脱盐室(4)中的废水经第三出水口(15)排出，即完成丙烯腈炼化废水的产电脱盐处理。
4.根据权利要求3所述的一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：步骤一所述阳极室(1)密封1天。
5.根据权利要求3所述的一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：步骤一所述阴极室(7)通过曝气装置(16)持续曝气1天。
6.根据权利要求3所述的一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：步骤二所述然后向阳极室(1)和阴极室(7)分别加入PBS缓冲液至浓度为20ppm。
7.根据权利要求3所述的一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：步骤二所述加葡萄糖至浓度为200mg/L。
8.根据权利要求3所述的一种基于电子调控的产电脱盐装置，其特征在于：步骤三所述并利用曝气装置(16)持续曝气控制阴极室(7)溶氧量在3mg/L。
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