CN105712498B - 一种含酚废水的生物处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含酚废水的生物处理装置，包括：容纳含酚废水的原液供给槽，连接于原液供给槽的降解苯酚的生物反应组件，连接于生物反应组件的苯酚萃取件，连接于苯酚萃取件并分离出溶液与水的分离装置，提供溶液流动动力的泵组件；分离装置分离出的溶液流入生物反应组件。本发明提供一种可持续高效地去除工业废水中难降解苯酚的生物处理装置，有效提高水质，同时回收利用苯酚和萃取剂，达到环保降低成本的作用。
Description
技术领域
一种废水处理领域，特别是一种废水处理装置。
背景技术
近年来，随着社会发展的加速和生活水平的提高，石化等工业结构的发展日新月异，而由这些工业结构产生的苯酚废水的污染问题也日渐突出。据了解，含苯酚的废水主要来自焦化厂、石化厂、树脂厂、绝缘材料厂、香料厂、塑料厂等，是造纸、炼焦、炼油、塑料、农药、医药合成等行业生产的原料和中间体，其具有稳定的苯环结构，不易降解，因而其废水较难处理。含酚废水对人类的危害非常严重。苯酚是一种高毒物质,主要存在于炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐、石油化工、化学、制药、油漆、涂料、塑料农药等企业的生产废水中。苯酚废水一旦流入江河，会破坏水生态环境，同时由于食物链的聚集放大效应，将对人们的身体健康形成不容忽视的威胁。
据了解，酚类化合物是一种原型质毒物，所有生物活性体均能产生毒性，可通过与皮肤、粘膜的接触不经肝脏解毒直接进入血液循环，致使细胞破坏并失去活力，也可通过口腔侵入人体，造成细胞损伤。高浓度的酚液能使蛋白质凝固，并能继续向体内渗透，引起深部组织损伤，坏死乃至全身中毒，即使是低浓度的酚液也可使蛋白质变性。人如果长期饮用被酚污染的水能引起慢性中毒，出现贫血、头昏、记忆力衰退以及各种神经系统的疾病，严重的会引起死亡。
目前，处理含酚废水的方法各有差异，工业上处理含酚废水的方法一般分为物化法、化学法、生化法等三大类。其中，化学法包括缩聚法，氧化法等；物化法包括萃取法，吸附法，液膜法等；生化法则包括活性污泥法，生物接触氧化法，生物膜法等。尽管已有大量试验研究发现了多种苯酚废水的处理方法，但其处理效果仍不甚理想。同时，目前的处理方法多集中在同一种方法对含苯酚废水的处理，关于多种方法联合使用处理高浓度含苯酚废水仍存在一定局限性。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可持续高效地去除工业废水中难降解苯酚的生物处理装置，有效提高水质，同时回收利用苯酚和萃取剂，达到环保降低成本的作用。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种含酚废水的生物处理装置，包括：容纳含酚废水的原液供给槽，连接于原液供给槽的降解苯酚的生物反应组件，连接于生物反应组件的苯酚萃取件，连接于苯酚萃取件并分离出溶液与水的分离装置，提供溶液流动动力的泵组件；分离装置分离出的溶液流入生物反应组件。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，生物反应组件组成有：连接于原液供给槽的生物反应器，置于生物反应器下的电磁搅拌器。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，生物反应器内培养有指数生长期的LY1恶臭假单胞菌。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，苯酚萃取件为萃取剂浸渍膜接触器。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，萃取剂浸渍膜接触器组成有：设有中空部的多根中空纤维膜，将中空纤维膜灌注进玻璃容器中的环氧树脂，容纳于中空部内并萃取苯酚的有机相磷酸三丁酯萃取液，位于玻璃容器与中空纤维膜之间并容纳有苯酚废水原液的容纳部，循环连接于玻璃容器并将磷酸三丁酯循环利用的同时回收苯酚的苯酚分离回收装置。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，中空纤维膜为200根，直径为40cm，膜厚为50μm；中空纤维膜的中空纤维丝的外径为500μm。。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，分离装置组成有：容纳分离出的水的烧杯，置于烧杯下的电磁搅拌器，置于烧杯内的渗透膜组件。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，渗透膜组件组成有：提取液，浸没 在提取液中的平板式三乙酸纤维素正向渗透膜。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，生物反应器连接有空气净化装置；空气净化装置组成有：连接于生物反应器的储气罐，连接于生物反应器与储气罐之间的空气净化器，连接于空气净化器并控制氧浓度的流量检测器。
前述的一种含酚废水的生物处理装置，泵组件组成有：连接于原液供给槽与生物反应器之间的第一抽吸泵，连接于空气净化装置与生物反应器之间的第二抽吸泵，连接于生物反应器与渗透膜组件之间的第三抽吸泵，连接于生物反应器与萃取剂浸渍膜接触器之间的蠕动泵，连接于苯酚分离回收装置与玻璃容器之间并将分离完苯酚后的磷酸三丁酯循环利用的循环泵，中空纤维膜与渗透膜组件之间的第四抽吸泵。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种可持续高效地去除工业废水中难降解苯酚的生物处理装置。将LY1恶臭假单胞菌培养至最高生长速率时接种至生物反应器中用于含苯酚废水的处理，保证了恶臭假单胞菌的最大的生物降解能力，提高了处理效果；设计萃取剂浸渍膜接触器采用萃取的方法分离苯酚并回收利用，萃取剂也经及时回收处理后循环利用，出水再通过正渗透膜的渗透作用去除其他杂质，不仅环保的实现循环使用而且降低了运行成本。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是本发明的萃取剂浸渍膜接触器横截面的示意图；
图3是本发明的渗透膜组件的结构示意图；
图4是运用本发明的装置提供初始浓度为300 mg/L，600 mg/L，1200 mg/L，1800mg/L，2400 mg/L和2500 mg/L的含苯酚废水在各阶段的去除效果曲线图；
图5是基于图4的含苯酚废水在各阶段的去除量得出的去除效率曲线图；
图6是运用本发明的装置设置初始浓度为600 mg/L，1200 mg/L和1800 mg/L的含苯酚废水在2 h内的苯酚去除率曲线图。
图中附图标记的含义：
1 原液供给槽，2 第一抽吸泵，3 生物反应器，4、15 电磁搅拌器，5 储气罐，6空气净化器,7 流量检测器， 8 第二抽吸泵, 9 蠕动泵，10萃取剂浸渍膜接触器,11 环氧树脂，12 苯酚分离回收装置,13循环泵,14 第四抽吸泵,16 渗透膜组件，17 烧杯，18 第三抽吸泵，19 中空纤维膜，20 容纳部,21过滤膜，22活性层,23支撑层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种含酚废水的生物处理装置，包括：容纳含酚废水的原液供给槽1，连接于原液供给槽1的降解苯酚的生物反应组件，连接于生物反应组件的苯酚萃取件，连接于苯酚萃取件并分离出溶液与水的分离装置，提供溶液流动动力的泵组件；分离装置分离出的溶液流入生物反应组件。生物反应组件组成有：连接于原液供给槽1的生物反应器3，置于生物反应器3下的电磁搅拌器4。作为一种优选，生物反应器3内培养有指数生长期的LY1恶臭假单胞菌；苯酚萃取件为萃取剂浸渍膜接触器10。
萃取剂浸渍膜接触器10组成有：设有中空部的多根中空纤维膜19，将中空纤维膜19灌注进玻璃容器中的环氧树脂11，容纳于中空部内并萃取苯酚的有机相磷酸三丁酯萃取液，位于玻璃容器与中空纤维膜19之间并容纳有苯酚废水原液的容纳部20，循环连接于玻璃容器并将磷酸三丁酯循环利用的同时回收苯酚的苯酚分离回收装置12。中空纤维膜19为200根，直径为40cm，膜厚为50μm；中空纤维膜19的中空纤维丝的外径为500μm。苯酚分离回收装置12在循环泵13的作用下，将分离完苯酚后的磷酸三丁酯循环利用，同时将苯酚分离回收再利用。
分离装置组成有：容纳分离出的水的烧杯17，置于烧杯17下的电磁搅拌器15，置于烧杯17内的渗透膜组件16。渗透膜组件16组成有：提取液，提取液为1.6 L 6 mol/L的NaCl溶液，浸没 在提取液中的平板式三乙酸纤维素正向渗透膜；通过渗透压进行渗透分离，进一步去除水中的盐分，提高出水水质。平板式三乙酸纤维素正向渗透膜组成有：接触提取液的支撑层23，接触废水的活性层22，置于支撑层23与活性层22之间的过滤膜21。过滤膜21采用两片8cm*8cm的膜形成64cm2的有效过滤面积。中空纤维膜19设置两组膜组件，循环交替使用，保证了出水水质的优化。提取液的浓度通过电导率测量来反向控制以保持浓度恒定，电导率的测定实现在线监测，定期检测烧杯17重量以观察水通量变化，实现渗透膜组件16的及时更换清洗。为了增加处理装置的处理效率，需要定期进行渗透膜的反冲洗，当模块浸泡在清水中时，150 mL 0.6 mol/L的NaCl被用作提取液在模块内侧以25 mL/min的流速循环，去除膜上剩余微生物或盐分，以保证最大的水通量。
原液供给槽1采用硅胶软管通过第一抽吸泵2与生物反应器3连接，生物反应器3在电磁搅拌器4的作用下匀速搅拌，同时生物反应器3通过硅胶软管，在蠕动泵9作用下连接至萃取剂浸渍膜接触器10，分离出水通过第四抽吸泵14进入置于2 L的烧杯17内，电磁搅拌器15匀速搅拌烧杯17内的溶液，渗透膜组件16渗透出水排出装置，截留溶液由第三抽吸泵18抽吸回流至生物反应器3进一步处理。
生物反应器3连接有空气净化装置；空气净化装置组成有：连接于生物反应器3的储气罐5，连接于生物反应器3与储气罐5之间的空气净化器6，连接于空气净化器6并控制氧浓度的流量检测器7。储气罐5中的气体通过第二抽吸泵8的作用经过空气净化器6净化，在流量检测器7的作用下，连续喷射定量净化空气，保证微生物的最佳生长速率和处理效率，水饱和的净化空气喷射进反应器中以维持溶解氧浓度大约在1.2mg/L。生物反应器3中包含14 mg/L的生物质，再以60 mL/min的流速循环进入萃取剂浸渍膜接触器10和渗透膜组件16。
泵组件组成有：连接于原液供给槽1与生物反应器3之间的第一抽吸泵2，连接于空气净化装置与生物反应器3之间的第二抽吸泵8，连接于生物反应器3与渗透膜组件16之间的第三抽吸泵18，连接于生物反应器3与萃取剂浸渍膜接触器10之间的蠕动泵9，连接于苯酚分离回收装置12与玻璃容器之间并将分离完苯酚后的磷酸三丁酯循环利用的循环泵13，中空纤维膜19与渗透膜组件16之间的第四抽吸泵14。
用实验来证明本发明的废水处理效率，具体操作过程：
恶臭假单胞菌LY1的培养：
（1）溶液及生长介质的配制：储存培养物在4 ℃下由营养琼脂获得。微生物生长的无机盐介质由以下成分组成（g/L）：K2HPO4，0.1625；KH2PO4，0.0475；NaNO3，0.125；MgSO4·7H2O，0.025；FeSO4·7H2O，0.0014；(NH4)2SO4，0.125；微量矿物溶液由以下成分组成（mg/L）：N(CH2CO2H)3，3.75；MnSO4·H2O，1.25；CoCl2·6H2O，0.25；CaCl2，0.25；ZnSO4·7H2O，0.25；CuSO4·5H2O，0.025；H3BO3，0.025；Na2MoO4·2H2O，0.025。
（2）在接种之前，菌株置于含有210 mg/L苯酚的锥形瓶中，30 ℃恒温水浴条件下，在转速为160 r/min的摇床中震荡培养。采用指数生长期的菌株作为所有试验的接种体。
如图1所示，分别提供给原液供给槽1，初始浓度为300 mg/L，600 mg/L，1200 mg/L，1800 mg/L，2400 mg/L和2500 mg/L的含苯酚废水，采用硅胶软管，通过抽吸泵与生物反应器3连接。生物反应器3由总容积为250 mL，有效容积为200 mL的锥形瓶和电磁搅拌器4组成，生物反应器3中包含14 mg/L的生物质和处于指数生长期的LY1恶臭假单胞菌，生物质溶液通过硅胶软管，在蠕动泵作用下以60 mL/min的流速循环进入萃取剂浸渍膜接触器10和渗透膜组件16。渗透膜组件16置于2 L烧杯17中，杯内盛有1.6 L 6 mol/L的NaCl溶液，通过在线监测器的控制下保持杯内溶液的电导率在50 mS恒定。烧杯17置于电磁搅拌器15上，进行匀速搅拌，渗透膜组件16选用平板式三乙酸纤维素正向渗透膜，膜浸没在提取液中，通过渗透压进行渗透分离，进一步去除水中的盐分，提高出水水质。渗透膜组件16渗透出水排出装置，截留溶液由第三抽吸泵18抽吸回流至生物反应器3，进一步处理。
生物反应器3通过硅胶软管同时连接空气净化装置，储气罐5中的气体通过第二抽吸泵8的作用经过空气净化器6净化，在流量检测器7的作用下，连续喷射定量净化空气，保证微生物的最佳生长速率和处理效率，水饱和的净化空气喷射进反应器中以维持溶解氧浓度大约在1.2 mg/L。
萃取剂浸渍膜接触器10通过环氧树脂11将200根40 cm的中空纤维膜19灌注进玻璃容器中，中空纤维丝的外径为500 μm，膜厚50 μm，内腔通有机相磷酸三丁酯萃取液，在溶液传质过程中，容纳部20含苯酚废水原液，苯酚被内腔的磷酸三丁酯萃取。同时设置苯酚分离回收装置12，在循环泵13的作用下，将分离完苯酚后的磷酸三丁酯循环利用，同时将苯酚分离回收再利用。
过滤膜21采用两片8 cm*8 cm的膜，形成64 cm2的有效过滤面积。活性层22与废水直接接触，提取液在支撑层23一侧，使用完的渗透膜组件16定期进行渗透膜的反冲洗，当模块浸泡在清水中时，150 mL 0.6 mol/L的NaCl被用作提取液在模块内侧以25 mL/min的流速循环，每次反冲洗持续1 h，进行2轮反冲洗，去除膜上剩余微生物或盐分，以保证最大的水通量。
得到图4为提供初始浓度为300 mg/L，600 mg/L，1200 mg/L，1800 mg/L，2400 mg/L和2500 mg/L的含苯酚废水在各阶段的去除效果曲线图，图中显示，含苯酚废水的苯酚含量不超过2400 mg/L时，含苯酚废水的处理具有极好的效果，去除率较高。
得到图5为基于图4初始浓度为300 mg/L，600 mg/L，1200 mg/L，1800 mg/L，2400mg/L和2500 mg/L的含苯酚废水在各阶段的去除量得出的去除效率曲线图，图中显示，废水的苯酚含量不超过2400 mg/L时去除率较高。
图6为设置初始浓度为600 mg/L，1200 mg/L和1800 mg/L的含苯酚废水在2 h内的苯酚去除率曲线图。选取去除苯酚效果较好的三种浓度分别为600 mg/L，1200 mg/L和1800mg/L的含苯酚废水，得到2 h内该装置的去除效率曲线图，由图中可知，去除率基本都达到98%以上，且在装置的处理能力阈值内，该装置能高效处理高浓度苯酚废水，且效果较好。
本发明提供一种可持续高效地去除工业废水中难降解苯酚的生物处理装置。将LY1恶臭假单胞菌培养至最高生长速率时接种至生物反应器3中用于含苯酚废水的处理，保证了恶臭假单胞菌的最大的生物降解能力，提高了处理效果；设计萃取剂浸渍膜接触器10采用萃取的方法分离苯酚并回收利用，萃取剂也经及时回收处理后循环利用，出水再通过正渗透膜的渗透作用去除其他杂质，不仅环保的实现循环使用而且降低了运行成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，包括：容纳含酚废水的原液供给槽，连接于上述原液供给槽的降解苯酚的生物反应组件，连接于上述生物反应组件的苯酚萃取件，连接于上述苯酚萃取件并分离出溶液与水的分离装置，提供溶液流动动力的泵组件；上述分离装置分离出的溶液流入生物反应组件；上述生物反应组件组成有：连接于上述原液供给槽的生物反应器，置于上述生物反应器下的电磁搅拌器，反应器始终持续运行；上述苯酚萃取件为萃取剂浸渍膜接触器；上述萃取剂浸渍膜接触器组成有：设有中空部的多根中空纤维膜，将上述中空纤维膜灌注进玻璃容器中的环氧树脂，容纳于上述中空部内并萃取苯酚的有机相磷酸三丁酯萃取液，位于上述玻璃容器与中空纤维膜之间并容纳有苯酚废水原液的容纳部，循环连接于上述玻璃容器并将磷酸三丁酯循环利用的同时回收苯酚的苯酚分离回收装置。
2.根据权利要求1所述的一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，上述生物反应器内培养有指数生长期的LY1恶臭假单胞菌。
3.根据权利要求1所述的一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，上述中空纤维膜为200根，直径为40cm，膜厚为50μm；上述中空纤维膜的中空纤维丝的外径为500μm。
4.根据权利要求1所述的一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，上述苯酚分离回收装置组成有：容纳分离出的水的烧杯，置于上述烧杯下的电磁搅拌器，置于上述烧杯内的渗透膜组件。
5.根据权利要求4所述的一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，上述渗透膜组件组成有：提取液，浸没 在上述提取液中的平板式三乙酸纤维素正向渗透膜。
6.根据权利要求5所述的一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，上述生物反应器连接有空气净化装置；上述空气净化装置组成有：连接于上述生物反应器的储气罐，连接于上述生物反应器与储气罐之间的空气净化器，连接于上述空气净化器并控制氧浓度的流量检测器。
7.根据权利要求6所述的一种含酚废水的生物处理装置，其特征在于，上述泵组件组成有：连接于上述原液供给槽与生物反应器之间的第一抽吸泵，连接于上述空气净化装置与生物反应器之间的第二抽吸泵，连接于上述生物反应器与渗透膜组件之间的第三抽吸泵，连接于上述生物反应器与萃取剂浸渍膜接触器之间的蠕动泵，连接于苯酚分离回收装置与玻璃容器之间并将分离完苯酚后的磷酸三丁酯循环利用的循环泵，中空纤维膜与渗透膜组件之间的第四抽吸泵。
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