CN106977044A - 一种光伏三维微电‑磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏三维微电‑磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统及工艺，所述复合厌氧废水处理系统自下而上由低氧化还原电位区(2)、厌氧反应处理区(5)、高氧化还原电位区(8)和气室(10)四部分组成。所述的低氧化还原电位区(2)由微生物燃料电池组成，高氧化还原电位区(8)由电化学工作系统组成，两者通过回流管道(14)及导线相连。该系统可以有效解决不同有机物降解时间不同步的问题，使持久性有机污染物与易降解有机污染物同步降解，减小了厌氧出水对下级好氧系统的负荷冲击。本发明是集太阳能光伏驱动、厌氧生物降解、电化学高效降解于一体的复合系统，显著提高了厌氧废水处理系统的处理效率和应用能力，是一种新型的厌氧反应处理模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏三维微电-磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统及工艺，将厌氧生物水处理技术、太阳能光伏系统以及电磁场相耦合，属于污水处理领域。
背景技术
随着经济发展和社会进步，全球性的能源危机和环境污染等问题日趋严重。目前大多数废水，采用微生物厌氧降解处理。而对于普通微生物厌氧降解，一般存在反应周期慢，代谢不完全，降解效率低下等问题。同时由于厌氧本身的生物学特征，使得微生物厌氧降解受到各种因素影响，例如不同的电子传递受体，导致污染物的降解速率不同。而污染物也因其化学性质不同，降解难易程度不同，使得不同污染物降解速率不同步等问题，尤其对于一些难降解的持久性有机污染物，严重影响了厌氧降解效率。因此探索新技术和方法来提高微生物厌氧降解迫在眉睫。
电化学工作系统是利用电极直接电化学反应或是通过电极表面产生的强氧化性活性物质使废水中的有机物以及部分无机物发生氧化还原转变，将污染物转化为无害物质。而利用太阳能光伏系统驱动电化学工作系统可以首先利用热太阳能热来活化反应物分子，通过电太阳能将活化的分子分解成无毒，无害和小分子。电太阳能和热太阳能两者驱动能量传递的电荷转移路径，这使得能够有效地去除难降解有机物，同时可以极大节省废水处理成本(文献Chemosphere，2016，154：604-612)。
微生物燃料电池是一种集净水与产能为一体的生物膜技术，微生物在阳极中通过代谢，氧化底物中的有机物生成电子和质子，电子通过外电路到达阴极，与通过溶质到达阴极的质子及存在于阴极的最终电子受体相结合，以此来实现净水及产电的目的(文献Physical Chemistry Chemical Physics Pccp，2007，9(21)：2619-29)。而低电流可以刺激微生物代谢的关键酶系，提高难降解有机污染物的降解效率(文献Electrochimica Acta，2014，135(22)：439-446)。
因此，综合电化学工作系统、厌氧处理技术以及微生物燃料电池三种厌氧生物水处理技术的降解优点，构建一套新的复合厌氧废水处理系统和方法，对全面提高对有机物的降解效率，全面解决环境问题具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种光伏三维微电-磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统。本发明的另一目的是提供利用上述复合厌氧废水处理系统处理废水的工艺，该系统将厌氧生物水处理技术、太阳能光伏系统以及电磁场相互耦合，与传统厌氧生物降解相比，该系统可以有效解决不同有机物降解时间不同步的问题，提高对持有性有机污染物的降解效率，减小厌氧出水对下级好氧系统的负荷冲击，大大降低处理成本，解决了现有技术中存在的问题。
为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：一种光伏三维微电-磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统，该系统是将厌氧生物水处理技术、太阳能光伏系统以及电磁场相互耦合；其特征在于：该系统自下而上由4部分组成，分别为低氧化还原电位区、厌氧反应处理区、高氧化还原电位区和气室；所述的各个区域之间依次由第一有多孔挡板、第二有多孔挡板和第三有多孔挡板隔开；所述的低氧化还原电位区由微生物燃料电池系统组成，在所述的低氧化还原电位区下部设有布水区；所述的厌氧反应处理区内填充填料；所述的高氧化还原电位区域由电化学工作系统组成，其中填充导电粒子作为三维电极；所述气室的一侧设置有出水区，另一侧设有回流管道与高氧化还原电位区相连，上侧设置有排气口；所述的低氧化还原电位区微生物燃料电池的阴阳极与高氧化还原电位区电化学工作系统的阴阳极之间通过第一导线和第二导线对应连接。
优选上述微生物燃料电池系统中的阴阳极均选用碳基材料作为电极材料。
厌氧反应处理区中填充材料为聚乙烯、聚丙烯或其改性类填料中的一种或多种混合组成，所述的填料为一种中空圆柱形状，横截面呈凸出多褶结构；优选改性填料填充的体积比例占厌氧反应处理区总体积的30％-80％。
上述的所述的高氧化还原电位区电化学工作系统通过导线与太阳能光伏系统连接；高氧化还原电位区电化学工作系统中所需的电流/电压由太阳能光伏系统以及低氧化还原电位区微生物燃料电池产生的电能提供。优选高氧化还原电位区电化学工作系统阴极材料为钛基材料，阳极材料为负载稀土金属的钛基材料；电压范围为1-5V。
优选高氧化还原电位区内填充的粒子电极为磁性导电性颗粒，如炭、铁颗粒，填充量占高氧化还原电位区总体积的30％-80％。
低氧化还原电位区微生物燃料电池中阴极利用溶液中的溶解氧以及高氧化还原电位区电化学工作系统强氧化作用产生的部分小分子有机物作为最终电子受体。
本发明还提供了利用上述复合厌氧废水处理系统处理废水的工艺，其具体步骤如下：
(1)泵与布水区相连，废水经布水区直接到达低氧化还原电位区中，并在低氧化还原电位区微生物燃料电池的阳极处发生氧化反应，代谢有机物，产生电能；
(2)废水在泵的压力下经过第一多孔挡板过滤后进入到厌氧反应处理区内，在反应区域内发生厌氧氧化；
(3)接着通过第二多孔挡板进入到高氧化还原电位区，高氧化还原电位区所需的电能由低氧化还原电位区微生物燃料电池以及太阳能光伏系统共同提供，废水在阳极发生强氧化作用，使难降解的大分子有机污染物分解为小分子有机污染物；
(4)含有小分子有机污染物的废水经由回流管道设计回到反应器内部，直接与低氧化还原电位区微生物燃料电池阴极接触，废水中的小分子有机物部分作为电子受体参与低氧化还原电位区微生物燃料电池阴极的还原反应，部分在阳极发生进一步的厌氧降解；
(5)经上述的步骤循环过后，最终从出水区处收集水样。
优选泵的压力设置为1-10bar；优选循环步骤(1)到(4)的次数为1-3次。
有益效果：
该装置采用光伏驱动微电/磁场强化微生物厌氧降解。该系统将电化学工作系统与微生物燃料电池相互耦合，微生物燃料电池产生的电能可以为电化学工作系统提供部分能源，而电化学工作系统通过强氧化作用降解大分子有机物产生部分小分子有机物可以作为微生物燃料电池的电子受体，提高底物电子的利用率，提高持久性有机污染物的降解速率，使得不同有机物降解同步进行，极大的提高了废水中有机污染物的降解效率。同时该系统可以通过使用太阳能光伏系统，充分利用太阳能产生的热能来驱动发电，大大降低了废水处理成本。
该系统引入了电磁场，通过电磁场作用，共同调控底物降解电子流强度，改变微生物作用的水相环境，使水相中的水分子及自由基发生分子重排，有序的进出入微生物细胞中，提高电子传递速率，衍生特征污染物降解新途径，同时电化学产生的局部微观高氧化还原电势可以破坏特征污染物分子结构，提高了其生物降解性，整体上加快底物降解效率。
该系统通过三种厌氧生物水处理技术的整合可以有效解决不同有机物降解时间不同步的问题，减小厌氧出水对下级好氧系统的负荷冲击，提高微生物对持久性有机污染物降解能力，最终达到节能提标的目的。
附图说明
图1一种光伏微电-磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统的整体示意图；其中：1、布水区，2、低氧化还原电位区，3、第一多孔挡板，4、填料，5、厌氧反应处理区，6、第二多孔挡板，7、导电粒子，8、高氧化还原电位区，9、第三多孔挡板，10、气室，11、出水口，12、排气口，13、太阳能光伏系统，14、回流管道，15、第一导线，16、第二导线；
图2一种光伏微电-磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统的流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1所示，一种光伏三维微电/磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统。该系统是将厌氧生物水处理技术、太阳能光伏系统以及电磁场相互整合，通过太阳能产生的热能驱动发电，同时将微生物燃料电池与电化学工作系统相互耦合，共同促进微生物活性，提高持久性有机污染物的降解效率，有效解决不同底物降解不同步的问题，大大降低了废水的处理成本。
该系统自下而上由4部分组成，分别为低氧化还原电位区2、厌氧反应处理区5、高氧化还原电位区8和气室10；所述的各个区域之间设置有多孔挡板；所述的低氧化还原电位区2由微生物燃料电池系统组成，在所述的低氧化还原电位区2下部设有布水区；所述的厌氧反应处理区5由填料4填充；所述的高氧化还原电位区域8由电化学工作系统组成，其中填充导电粒子7作为三维电极；所述气室10中侧面设置有出水区11和回流管道14，上侧设置有排气口12；所述的低氧化还原电位区2微生物燃料电池的阴阳极与高氧化还原电位区8电化学工作系统的阴阳极之间通过导线15对应连接，经处理后的水样经布水区的回流管道14回至布水区；
废水首先通过布水区1进入到反应器内部，在低氧化还原电位区域2内发生初步降解，所述的低氧化还原电位区2由微生物燃料电池组成；在低氧化还原电位区降解后的废水经第一多孔挡板进入到厌氧反应处理区域5内进行微生物厌氧处理，所述的厌氧反应处理区5作为有机物厌氧降解发生的主要场所，厌氧处理过程中产生的沼气通过出气口10排除；经厌氧处理后的废水到达高氧化还原电位区8内，在电磁场作用下，在电化学工作系统中发生强氧化反应，将难降解的大分子有机污染物降解为小分子有机污染物，降低了持久性有机污染物降解的困难程度，使得不同有机物降解同步进行，在所述的高氧化还原电位区8中利用太阳能光伏系统13以及低氧化还原电位区2的微生物燃料电池产生的电能提供电压/电流，极大降低了废水处理成本。完成一系列降解过程的水通过管路设计回流至反应器内部，与低氧化还原电位区微生物燃料电池2阴极直接接触，废水中的小分子有机物可以作为电子受体参与到微生物燃料电池中的还原反应，部分无法作为电子受体的有机污染物则在阳极发生氧化反应，使得持久性有机污染物与普通易降解污染物共同代谢，进一步提高对水中有机污染物的降解效率，大大降低了废水处理成本，最终达到节能提效的目的。
设计系统体积为7L，进水压力为1bar，在低氧化还原电位区2中，阴阳极均选用碳布作为电极材料；在厌氧反应处理区5内均匀填充的颗粒状流化填料聚丙烯4，填充量为该区域总体积的30％；高氧化还原电位区8内填充活性炭作为粒子电极7，阴极采用Ti/TiO2作为电极材料，阳极选用负载了Ce的Ti电极，填充量占该区域总体积的30％，高氧化还原电位区8电化学工作系统外接1V电压，部分由低氧化还原电位区2提供，部分由太阳能光伏系统13提供，水力停留时间为30h，循环次数2次，按上述实施例所述的厌氧废水处理系统处理化工污水PTA废水。
表1光伏三维微电/磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统对PTA废水处理结果
| 检测指标 | COD(mg/L) | TA(mg/L) |
| 进水 | 5124.2 | 2543.3 |
| 出水 | 999.219 | 523.92 |
由表1可以看出，COD去除率为80.5％，TA去除率为79.4％。相比于传统的厌氧处理工艺中COD去除率不足60％，TA净化率不足65％，本实施例所述的由光伏三维微电/磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统在COD和TA的净化率上有了明显的提高，这是由于微生物燃料电池与电化学工作系统相互耦合，提高了电子的利用率，促进了PTA废水的厌氧降解效率，从整体上可以加强对持久性有机污染物的降解。
实施例2
设计系统体积为7L，进水压力为3bar，在低氧化还原电位区2中，阴阳极均选用碳毡作为电极材料；在厌氧反应处理区5内均匀填充的颗粒状流化填料聚丙烯4，填充量为该区域总体积的50％；高氧化还原电位区8内填充铁颗粒作为粒子电极7，阴极采用Ti/IrO2作为电极材料，阳极选用Pr掺杂Ti/SnO2电极，填充量占该区域总体积的50％，高氧化还原电位区8电化学工作系统外接3V电压，部分由低氧化还原电位区2提供，部分由太阳能光伏系统13提供，水力停留时间为43h，循环次数3次，按上述实施例所述的厌氧废水处理系统处理炼油废水。
表2光伏三维微电/磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统对炼油废水处理结果
| 检测指标 | COD(mg/L) | 石油类(mg/L) | 挥发酚(mg/L) |
| 进水 | 2225.84 | 987.6 | 50.77 |
| 出水 | 207 | 84.93 | 6.09 |
由表1可以看出，COD去除率为90.7％，对石油类物质去除率达到了91.4％，挥发酚去除率为88％。
实施例3
设计系统体积为7L，进水压力为6bar，在低氧化还原电位区2中，阴极选用碳布，阳极选用石墨作为电极材料；在厌氧反应处理区5内均匀填充的颗粒状流化填料聚丙烯4，填充量为该区域总体积的70％；高氧化还原电位区8内填充掺杂了Fe2O3的活性炭颗粒作为粒子电极7，阴极采用Ti/RuO2作为电极材料，阳极选用负载了Y的Ti/SnO2电极，填充量占该区域总体积的80％，高氧化还原电位区8电化学工作系统外接4V电压，部分由低氧化还原电位区2提供，部分由太阳能光伏系统13提供，水力停留时间为39h，循环次数3次，按上述实施例所述的厌氧废水处理系统处理酿酒废水。
表3光伏三维微电/磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统对酿酒废水处理结果
| 检测指标 | COD(mg/L) | SS(mg/L) |
| 进水 | 5409.7 | 2455 |
| 出水 | 611.30 | 306.875 |
由表1可以看出，此时COD去除率为88.7％，SS去除率为87.5％，而普通微生物燃料电池处理酿酒废水COD去除率仅仅只有60％左右。所述的复合厌氧废水处理系统大大提高了有机物的降解效率。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种光伏三维微电-磁场驱动强化的复合厌氧废水处理系统，其特征在于：该系统自下而上由4部分组成，分别为低氧化还原电位区(2)、厌氧反应处理区(5)、高氧化还原电位区(8)和气室(10)；所述的各个区域之间依次由第一有多孔挡板(3)、第二有多孔挡板(6)和第三有多孔挡板(9)隔开；所述的低氧化还原电位区(2)由微生物燃料电池系统组成，在所述的低氧化还原电位区(2)下部设有布水区(1)；所述的厌氧反应处理区(5)内填充填料(4)；所述的高氧化还原电位区域(8)由电化学工作系统组成，其中填充导电粒子(7)作为三维电极；所述气室(10)的一侧设置有出水区(11)，另一侧设有回流管道(14)与高氧化还原电位区(8)相连，上侧设置有排气口(12)；所述的低氧化还原电位区(2)微生物燃料电池的阴阳极与高氧化还原电位区(8)电化学工作系统的阴阳极之间通过第一导线(15)和第二导线(16)对应连接。
2.如权利要求1所述的复合厌氧废水处理系统，其特征在于微生物燃料电池系统中的阴阳极均选用碳基材料作为电极材料。
3.如权利要求1所述的复合厌氧废水处理系统，其特征在于厌氧反应处理区(5)中填充材料为聚乙烯、聚丙烯或其改性类填料中的一种或多种混合组成，改性填料填充的体积比例占厌氧反应处理区总体积的30％-80％。
4.如权利要求1所述的复合厌氧废水处理系统，其特征在于所述的高氧化还原电位区(8)电化学工作系统通过导线与太阳能光伏系统(13)连接。
5.高氧化还原电位区(8)电化学工作系统阴极材料为钛基材料，阳极材料为负载稀土金属的钛基材料；电压范围为1-5V。
6.如权利要求1所述的复合厌氧废水处理系统，其特征在于：高氧化还原电位区(8)内填充的粒子电极(7)为磁性导电性颗粒，填充量占高氧化还原电位区(8)总体积的30％-80％。
7.一种利用如权利要求1所述的复合厌氧废水处理系统处理废水的工艺，其具体步骤如下：
(1)反应器中泵与布水区相连，废水经布水区直接到达低氧化还原电位区(2)中，并在低氧化还原电位区(2)微生物燃料电池的阳极处发生氧化反应，代谢有机物，产生电能；
(2)废水在泵的压力下经过第一多孔挡板(3)过滤后进入到厌氧反应处理区(5)内，在反应区域内发生厌氧氧化；
(3)接着通过第二多孔挡板(6)进入到高氧化还原电位区(8)，高氧化还原电位区(8)所需的电能由低氧化还原电位区(2)微生物燃料电池以及太阳能光伏系统(13)共同提供，废水在阳极发生强氧化作用，使难降解的大分子有机污染物分解为小分子有机污染物；
(4)含有小分子有机污染物的废水经由回流管道(14)设计回到反应器内部，直接与低氧化还原电位区(2)微生物燃料电池阴极接触，废水中的小分子有机物部分作为电子受体参与低氧化还原电位区(2)微生物燃料电池阴极的还原反应，部分在阳极发生进一步的厌氧降解；
(5)经上述的步骤循环过后，最终从出水区(11)处收集水样。
8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于泵的压力设置为1-10bar。
9.如权利要求7所述的工艺，其特征在于循环次数为1-3次。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107698037A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-02-16 | 华东师范大学 | 三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法 |
| CN110451631A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 安徽环境科技集团股份有限公司 | 一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法 |
| CN112441660A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-05 | 同济大学 | 基于电子传递耦合微生物电解池强化厌氧消化装置与方法 |
| CN114455672A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-10 | 南昌大学 | 一种去除化粪池废水中有机物和病原微生物的处理方法 |
| CN114477439A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-05-13 | 南京理工大学 | 静磁场强化厌氧生物降解卤代酚的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006081963A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Hitachi Kiden Kogyo Ltd | 汚泥返流水の処理方法及び処理装置 |
| CN103979688A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-13 | 东南大学 | 一种微生物燃料电池耦合电极生物膜除磷脱氮系统及应用 |
| CN104003580A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-08-27 | 东南大学 | 一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统 |
| CN204173966U (zh) * | 2014-09-28 | 2015-02-25 | 常州大学 | 三维电极光电催化反应装置 |
| CN104505529A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 藻菌协同生态型微生物燃料电池及利用其净水产电的方法 |
| CN104926023A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-09-23 | 浙江大学 | 结合微生物燃料电池与厌氧人工湿地的农村生活污水处理系统 |
| CN105858878A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-17 | 东南大学 | 一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置 |
-
2017
- 2017-03-27 CN CN201710187037.3A patent/CN106977044B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006081963A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Hitachi Kiden Kogyo Ltd | 汚泥返流水の処理方法及び処理装置 |
| CN103979688A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-13 | 东南大学 | 一种微生物燃料电池耦合电极生物膜除磷脱氮系统及应用 |
| CN104003580A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-08-27 | 东南大学 | 一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统 |
| CN204173966U (zh) * | 2014-09-28 | 2015-02-25 | 常州大学 | 三维电极光电催化反应装置 |
| CN104505529A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 藻菌协同生态型微生物燃料电池及利用其净水产电的方法 |
| CN104926023A (zh) * | 2015-03-09 | 2015-09-23 | 浙江大学 | 结合微生物燃料电池与厌氧人工湿地的农村生活污水处理系统 |
| CN105858878A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-17 | 东南大学 | 一种用于处理含有高浓度难降解有机污染物污水的装置 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107698037A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-02-16 | 华东师范大学 | 三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法 |
| CN107698037B (zh) * | 2017-09-19 | 2020-11-20 | 华东师范大学 | 三维电化学偶联三维电生物深度处理垃圾渗滤液反渗透浓水的方法 |
| CN110451631A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-15 | 安徽环境科技集团股份有限公司 | 一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法 |
| CN112441660A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-05 | 同济大学 | 基于电子传递耦合微生物电解池强化厌氧消化装置与方法 |
| CN114455672A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-05-10 | 南昌大学 | 一种去除化粪池废水中有机物和病原微生物的处理方法 |
| CN114455672B (zh) * | 2022-03-03 | 2024-09-27 | 南昌大学 | 一种去除化粪池废水中有机物和病原微生物的处理方法 |
| CN114477439A (zh) * | 2022-03-08 | 2022-05-13 | 南京理工大学 | 静磁场强化厌氧生物降解卤代酚的方法 |
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| Publication number | Publication date |
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