CN106630117A - 一种降解有机污染物和脱氮的三维电极‑生物膜组合方法 - Google Patents

一种降解有机污染物和脱氮的三维电极‑生物膜组合方法 Download PDF

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Abstract

本公开揭示了一种降解有机污染物和脱氮的三维电极‑生物膜组合方法，所述方法利用碳纤维毡作为三维电极的阴极、阳极和生物膜的载体，阴阳极之间夹设有规则形状的第三电极，通过耦合电化学作用和生物膜作用，降解水中有机物和脱氮。本公开的三维电极‑生物膜法既可以高效降解COD，又能缩短反应时间，同时成本低，经济环保。

Description

一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法
技术领域
本公开涉及废水处理系统，特别涉及一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法。
背景技术
目前污水处理技术很多，生物法和电化学法都是较为成熟的技术。生物法运行成本低，但降解速度较慢；电化学法高效但成本高。鉴于这两种处理方法的特点及存在的局限性，一种在同一个反应器内将电化学反应与微生物反应耦合起来的新的电生物耦合法已逐渐受到世界各国关注，极具发展潜力。
三维电极-生物膜法是将电化学水处理技术与生物处理技术进行耦合，在主电极之间填充活性炭等粒子电极构造，同时粒子电极及主电极固定微生物，构造三维电极-生物膜反应器。三维电极型生物耦合反应器粒子间距小，传质效率高，具有高电流效率和单位时空去除率，特别适用于降解反应速率低或系统中极限电流密度小的反应体系。三维电极型生物耦合技术的特点是基本不使用化学药品，占地面积小，后处理简单，易于管理，处理效率高等，被称为清洁处理法。
目前常用的阳极是碳阳极，大多用的是石墨棒；常用的阴极有不锈钢、石墨、活性炭、活性炭纤维；常用的填充电极材料有：金属导体、导电陶瓷、铁氧化、镀上金属的玻璃球或塑料球、石墨、颗粒活性炭、无烟煤和硫等。石墨碳虽然导电性好，但高电流条件下碳棒会出现较严重的电解，致使出水发黑浑浊。不锈钢机械强度高、性能稳定，但不锈钢光滑，不利于微生物附着生长；石墨、活性炭、活性炭纤维导电性良好，生物亲和性较强，但机械强度不好，且稳定性差。
发明内容
基于此，本公开揭示了一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法，所述方法利用碳纤维毡作为三维电极的阴极、阳极和生物膜的载体，阴阳极之间夹设有规则形状的第三电极，通过耦合电化学作用和生物膜作用，降解水中有机、污染物和脱氮。
本公开的三维电极-生物膜法既可以高效降解COD，又能缩短反应时间，同时成本低，经济环保。
附图说明
图1是本公开一个实施例中的三维电极-生物膜装置示意图；
其中：1-电源；2-反应器；3-阳极；4-阴极；5-第三电极；6-曝气泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本公开进行进一步的说明：
在一个实施例中，如图1所示：本公开揭示了一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法，其特征在于：所述方法利用碳纤维毡作为三维电极的阴极、阳极和生物膜的载体，阴阳极之间夹设有规则形状的第三电极，通过耦合电化学作用和生物膜作用，降解水中有机、污染物和脱氮。
在本实施例中，由于传统三维电极反应床中由于采用乱堆型填充方式，因而在水流和气流的长期冲刷下，导电粒子和绝缘粒子会逐渐分层，从而导致短路电流增加，传质速率降低，利用率降低，处理效果不理想，本公开采用有规则形状的第三电极用以解决此问题。本实施例将电化学作用和生物膜作用耦合，三维电极利用电化学作用降解水中污染物，第三电极利用其上生长的微生物降解水中污染物。
在本实施例中，选用碳纤维毡作为阴阳极极。碳纤维毡导电性良好，表面粗糙，纤维直径小、比表面积大、微孔丰富且分布窄、扩散阻力小、生物亲和性强。
更优的，所述碳纤维毡为PAN基碳纤维毡酚醛基碳纤维毡、黏胶基碳纤维毡、沥青基碳纤维毡中的一种，碳纤维毡单位面积质量为20g/m2，25℃时的比电阻为775～1500μΩ/cm，具有良好的导电性和生物相容性。
在一个实施例中，所述第三电极由活性炭和沸石通过导电胶粘合而成，活性炭和沸石的质量比3∶1～1∶1。
在本实施例中，组成第三电极的活性炭导电，沸石不导电，活性炭过多会导致短路，沸石过多会导致电流传导效果差。经过多次试验，选择活性炭和沸石的质量比3∶1～1∶1。
在本实施例中，所述沸石本身绝缘，有隔离短路的效果，同时沸石的孔结构有利于微生物的附着和氧气的吸附。所以本公开的填充电极材料选择沸石和煤质柱状活性炭。
在一个实施例中，所述活性炭为柱状体，粒径为3～5mm，柱长5～7mm。
所述沸石为天然沸石，粒径为4～6mm。
在本实施例中，第三电极受水流和气流的长期冲刷，根据不同工艺条件对第三电极的孔结构要求不同，孔结构过小，容易堵塞；孔结构过大，反应电流小；都会导致降解效果差。而第三电极本身的孔结构是由活性炭粒径、天然沸石粒径和第三电极制作工艺决定的，本实施例的活性炭粒径和天然粒径的大小是根据工艺条件选择的。
在一个实施例中，所述导电胶由环氧树脂AB胶、三乙醇胺、无水乙醇和导电石墨粉配置而成。
在一个实施例中，在阴极和阳极之间施加电流，所施加电流控制在0.1～10mA/cm2。
在本实施例中，根据所施加电流的装置调节电流的强度，所述电流强度大小是由反应器装置、工艺条件、生物膜生长状况和降解效果决定的。
在一个实施例中，将某含有机物的废水，采用本公开一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法。COD1000～2000mg/L，pH为7.0～7.5。新型三维电极-生物膜法采用的碳纤维毡为PAN基碳纤维毡，单位面积质量为20g/m2，25℃时的比电阻为1000μΩ/cm，第三电极由活性炭、沸石和导电胶混合而成，比例为质量比2∶1∶3；活性炭为柱状体，粒径为3～5mm，柱长5～7mm；沸石为天然沸石，粒径为4～6mm；导电胶由环氧树脂AB胶、三乙醇胺、无水乙醇和导电石墨粉配置而成；所施加电流控制在1mA/cm2；污泥浓度为3000mg/L。水力停留时间6h；出水达到COD为60mg/L。
在一个实施例中，将低浓度、低碳氮比的水(NO3-N)，采用本公开一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法。COD 100～200mg/L，氨氮45～60mg/L，总氮80～100mg/L，pH为7.0～7.5。新型三维电极-生物膜法采用的碳纤维毡为PAN基碳纤维毡，单位面积质量为20g/m2，25℃时的比电阻为1000μΩ/cm，第三电极由活性炭、沸石和导电胶混合而成，比例为质量比2∶1∶3；活性炭为柱状体，粒径为3～5mm，柱长5～7mm；沸石为天然沸石，粒径为4～6mm；导电胶由环氧树脂AB胶、三乙醇胺、无水乙醇和导电石墨粉配置而成；所施加电流控制在1mA/cm2；水力停留时间6h；出水COD为30mg/L、氨氮为5mg/L、总氮为15mg/L。
尽管以上结合附图对本公开的实施方案进行了描述，但本公开并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本公开权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本公开保护之列。

Claims (7)

1.一种降解有机污染物和脱氮的三维电极-生物膜组合方法，其特征在于：所述方法利用碳纤维毡作为三维电极的阴极、阳极和生物膜的载体，阴阳极之间夹设有规则形状的第三电极，通过耦合电化学作用和生物膜作用，降解水中有机、污染物和脱氮。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述碳纤维毡为PAN基碳纤维毡酚醛基碳纤维毡、黏胶基碳纤维毡、沥青基碳纤维毡中的一种，碳纤维毡单位面积质量为20g/m2，25℃时的比电阻为775～1500μΩ/cm，具有良好的导电性和生物相容性。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三电极由活性炭和沸石通过导电胶粘合而成，活性炭和沸石的质量比3∶1～1∶1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述活性炭为柱状体，粒径为3～5mm，柱长为5～7mm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述沸石为天然沸石，粒径为4～6mm。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述导电胶由环氧树脂AB胶、三乙醇胺、无水乙醇和导电石墨粉配置而成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在阴极和阳极之间施加电流，所施加电流控制在0.1～10mA/cm2。
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