CN108483586B - 一种去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法 - Google Patents

一种去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法,所述装置包括盛水容器、与盛水容器相连的蠕动泵、通过管线与蠕动泵相连的电解池、溢流井、与溢流井连接的循环泵及出料桶。所述方法是将含雌激素的废水通过蠕动泵流入电解池的底部填充区,流经扩散板进入到电解区;雌激素在直流电流作用下在阳极发生聚合反应被降解;在设定水力停留时间后处理水排出到溢流井中;溢出部的水进入出料桶,剩余部的水经循环泵回流至电解池;玻璃碳阳极经过电化学反应产生臭氧,进行电极再生反应。通过该去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法可以解决现阶段存在的处理不彻底、处理时间长、处理成本高等问题,实现对污水厂尾水中雌激素的有效去除。

Description

一种去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法,属于污水处理技术领域。
背景技术
雌激素属于内分泌干扰物,包括天然雌激素和人造雌激素。生活污水中的天然雌激素(包括雌酮(E1)、17β-雌二醇(E2)等)主要来源于人体和哺乳动物的分泌物,人造雌激素(17α-炔雌二醇(EE2))主要来自于更年期治疗药物及避孕药等。因其在污水处理过程中的浓度相比N/P而言较低,容易被忽略。但近年来,很多研究证明当其浓度达到1ng/L时便会污染环境。据报道,E2和EE2的浓度范围在0.2~10ng/L时便会对青鳉鱼、斑马鱼和黑头呆鱼造成生态学影响。由于常规及深度处理能力有限,致使污水厂出水中仍有雌激素存在,这些剩余的雌激素进入到受纳水体中会对水生生物造成毒害,因此对雌激素的去除需要引起我们的重视。
目前所提出的去除雌激素的方法主要有膜生物反应器、生物膜、活性污泥、吸附、过滤和酶处理等。但这些方法具有以下一些缺点:处理过程中会将E2转化为雌酮(E1),导致污水厂出水中存在较高浓度的E1,生物降解固然好,但是其中也存在很大的不稳定性,包括转化机制的模糊性和降解的不彻底性;处理时间较长:微生物对污染物的降解都是需要一定周期,且周期较长;处理成本较高:运用生物膜处理,虽然处理效果较好,但是一定处理周期后对其清洗比较麻烦,并且资金投入较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的污水厂尾水中雌激素去除的处理不彻底、处理时间长、处理成本高等缺陷,提供一种去除污水厂尾水中雌激素的装置及方法,实现对污水厂尾水中雌激素的有效去除。
本发明公开了一种去除污水厂尾水中雌激素的装置,包括盛水容器、与盛水容器连接的蠕动泵、通过管线与蠕动泵连接的电解池、与电解池连接的溢流井、与溢流井连接的循环泵及出料桶,所述电解池包括底部填充区、位于底部填充区上端的电解区,所述底部填充区与电解区采用扩散板隔开;所述电解区包括阳极隔室、阴极隔室,所述隔室均采用扩散板隔开;所述阳极隔室内包括阳极,所述阳极外接直流电源,所述阴极隔室内包括阴极,与所述阳极、直流电源构成闭合回路;所述循环泵经管线连接电解池。
优选地,所述溢流井入口处通过管线连接电解区,所述溢流井包括溢出部、剩余部,所述剩余部出口处通过管线连接循环泵,所述溢出部出口通过管线处连接出料桶。
优选地,所述底部填充区填充玻璃微珠,所述玻璃微珠直径平均为3mm。
优选地,所述阳极隔室内填充玻璃碳颗粒,所述阴极隔室内填充玻璃微珠。
优选地,所述阳极材料为玻璃碳,所述阴极材料为铂/钛。
优选地,所述扩散板为多孔聚四氯乙烯板。
本发明还公开了一种利用去除污水厂尾水中雌激素的装置去除污水厂尾水中雌激素的方法,包括如下步骤:
(1)含雌激素的废水通过蠕动泵流入电解池的底部填充区,流经扩散板进入到电解区;
(2)在电化学作用下,雌激素在直流电流作用下在阳极发生聚合反应被降解;
(3)在设定水力停留时间后处理水排出到溢流井中;
(4)溢出部的水进入出料桶,剩余部的水经循环泵回流至电解池;
(5)玻璃碳阳极经过电化学反应产生臭氧,40~60天后阳极进行电极再生反应。
优选地,所述直流电流为0.5mA或1mA。
优选地,所述水力停留时间为180~240min。
优选地,所述电极再生反应如下式:
O3+e-→O3 -,O3 -+H2O→HO·+HO-+O2
产生的HO·和阳极表面聚合物发生反应,使聚合物层分解,电极再生。
本发明所达到的有益效果:本发明通过电化学聚合去除污水厂尾水中雌激素,解决了现有技术中的处理不彻底、处理时间长及成本高的问题。电解池壁的材料为不锈钢,内涂聚四氟乙烯,聚四氟乙烯的摩擦系数极低,具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂,因此不会吸附污水中的有机质。电解池底部空间及阴极隔室内填充玻璃微珠,玻璃微珠具有质轻、低导热、较高的强度、电绝缘性和良好的化学稳定性等优点,因此可以起到均匀分散污水的效果,并且在阴极隔室内填充玻璃微珠,借助其电绝缘性以及玻璃碳颗粒的良好导电性能,使得阳极表面的聚合反应效果更好。底部填充区与电解区间设置多孔聚四氯乙烯板,使得电解池内液体更加均匀。阳极采用的玻璃碳电极具有导电性好、化学稳定性高、热胀系数小、质地坚硬、气密性好、电势适用范围宽(约从-1~1V,相对于饱和甘汞电极)等优点,并且玻璃碳在电化学产生臭氧过程中的稳定性高、产率较高,因此可无需外加臭氧或者提高电压来进行电极再生,降低能耗。玻璃碳比表面积大,可以提高雌激素的去除率。设置回流管道以保证电解池内液体完全混合。
附图说明
图1是去除污水厂尾水中雌激素的装置示意图。
其中,1盛水容器、2蠕动泵、3电解池、31底部填充区、32电解区、4阳极、5阴极、6扩散板、7溢流井、71剩余部、72溢出部、8循环泵、9出料桶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示,一种去除污水厂尾水中雌激素的装置,包括盛水容器1、与盛水容器1连接的蠕动泵2、通过管线与蠕动泵2连接的电解池3、与电解池连接的溢流井7、与溢流井连接的循环泵8及出料桶9。电解池3的池壁材料为不锈钢,不锈钢内涂聚四氟乙烯,电解池包括底部填充区31、位于底部填充区31上端的电解区32,底部填充区31与电解区32采用扩散板6隔开,扩散板6为多孔聚四氯乙烯板。底部填充区31填充玻璃微珠,玻璃微珠直径平均为3mm。电解区32包括阳极隔室、阴极隔室,隔室均采用扩散板6隔开。阳极隔室内填充玻璃碳颗粒,阳极隔室内包括阳极4,阳极4的材料为玻璃碳,阳极4外接直流电源。阴极隔室内填充玻璃微珠,阴极隔室内包括阴极5,阴极5的材料为铂/钛,阴极5与电解液、阳极4、直流电源,构成闭合回路。溢流井7入口处通过管线连接电解区32,溢流井7包括溢出部72、剩余部71,剩余部71通过管线连接循环泵8,溢出部72通过管线连接出料桶9,循环泵8经管线连接电解池3,实现循环使用。
下面说明本发明的一种利用去除污水厂尾水中雌激素的装置去除污水厂尾水中雌激素的方法,包括如下步骤:
(1)含雌激素的废水通过蠕动泵2流入电解池3的底部填充区31,流经扩散板6进入到电解区32,电解池内液体总体积为800mL,电解池内电解液为Na2SO4,浓度为10mmol/L;
(2)在电化学作用下,雌激素分别在0.5mA(处理1μg/L E1和E2)和1mA(处理1μg/LEE2)的直流电流作用下在阳极4发生聚合反应被降解,阳极总表面积为3000cm2
(3)180min水力停留时间后处理水排出到溢流井7中;
(4)溢出部72的水进入出料桶9,剩余部71的经循环泵8回流至电解池3;
(5)玻璃碳阳极4经过电化学反应产生臭氧,40天后阳极进行电极再生反应,电极再生反应为:
O3+e-→O3 -,O3 -+H2O→HO·+HO-+O2
产生的HO·和阳极表面聚合物发生反应,使聚合物层分解,电极再生,可以继续去除雌激素。
实施例2
在实施例1的基础上,使用相同的去除污水厂尾水中雌激素的装置的条件下,一种去除污水厂尾水中雌激素的方法,包括如下步骤:
(1)含雌激素的废水通过蠕动泵2流入电解池3的底部填充区31,流经扩散板6进入到电解区32,电解池内液体总体积为800mL,电解池内电解液为Na2SO4,浓度为10mmol/L;
(2)在电化学作用下,雌激素分别在0.5mA(处理1μg/L E1和E2)和1mA(处理1μg/LEE2)的直流电流作用下在阳极4发生聚合反应被降解,阳极总表面积为3000cm2
(3)210min水力停留时间后处理水排出到溢流井7中;
(4)溢出部72的水进入出料桶9,剩余部71的经循环泵8回流至电解池3;
(5)玻璃碳阳极4经过电化学反应产生臭氧,50天后阳极进行电极再生反应,电极再生反应为:
O3+e-→O3 -,O3 -+H2O→HO·+HO-+O2
产生的HO·和阳极表面聚合物发生反应,使聚合物层分解,电极再生,可以继续去除雌激素。
实施例3
在实施例2的基础上,使用相同的去除污水厂尾水中雌激素的装置的条件下,一种去除污水厂尾水中雌激素的方法,包括如下步骤:
(1)含雌激素的废水通过蠕动泵2流入电解池3的底部填充区31,流经扩散板6进入到电解区32,电解池内液体总体积为800mL,电解池内电解液为Na2SO4,浓度为10mmol/L;
(2)在电化学作用下,雌激素分别在0.5mA(处理1μg/L E1和E2)和1mA(处理1μg/LEE2)的直流电流作用下在阳极4发生聚合反应被降解,阳极总表面积为3000cm2
(3)240min水力停留时间后处理水排出到溢流井7中;
(4)溢出部72的水进入出料桶9,剩余部71的经循环泵8回流至电解池3;
(5)玻璃碳阳极4经过电化学反应产生臭氧,60天后阳极进行电极再生反应,电极再生反应为:
O3+e-→O3 -,O3 -+H2O→HO·+HO-+O2
产生的HO·和阳极表面聚合物发生反应,使聚合物层分解,电极再生,可以继续去除雌激素。
本发明通过电化学聚合去除污水厂尾水中雌激素,解决了现有技术中的处理不彻底、处理时间长及成本高的问题。电解池壁的材料为不锈钢,内涂聚四氟乙烯,聚四氟乙烯的摩擦系数极低,具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂,因此不会吸附污水中的有机质。电解池底部空间及阴极隔室内填充玻璃微珠,玻璃微珠具有质轻、低导热、较高的强度、电绝缘性和良好的化学稳定性等优点,因此可以起到均匀分散污水的效果,并且在阴极隔室内填充玻璃微珠,借助其电绝缘性以及玻璃碳颗粒的良好导电性能,使得阳极表面的聚合反应效果更好。底部填充区与电解区间设置多孔聚四氯乙烯板,使得电解池内液体更加均匀。阳极采用的玻璃碳电极具有导电性好、化学稳定性高、热胀系数小、质地坚硬、气密性好、电势适用范围宽(约从-1~1V,相对于饱和甘汞电极)等优点,并且玻璃碳在电化学产生臭氧过程中的稳定性高、产率较高,因此可无需外加臭氧或者提高电压来进行电极再生,降低能耗。玻璃碳比表面积大,可以提高雌激素的去除率。设置回流管道以保证电解池内液体完全混合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1. 一种去除污水厂尾水中雌激素的装置,其特征是,包括盛水容器、与盛水容器连接的蠕动泵、通过管线与蠕动泵连接的电解池、与电解池连接的溢流井、与溢流井连接的循环泵及出料桶,所述电解池包括底部填充区、位于底部填充区上端的电解区,所述底部填充区与电解区采用扩散板隔开;所述电解区包括阳极隔室、阴极隔室,所述隔室均采用扩散板隔开;所述阳极隔室内包括阳极,所述阳极外接直流电源,所述阴极隔室内包括阴极,与所述阳极、直流电源构成闭合回路;所述循环泵经管线连接电解池,所述底部填充区填充玻璃微珠,所述玻璃微珠直径平均为3 mm,所述阳极隔室内填充玻璃碳颗粒,所述阴极隔室内填充玻璃微珠,所述阳极材料为玻璃碳,所述阴极材料为铂/钛,所述扩散板为多孔聚四氯乙烯板,电解池壁的材料为不锈钢,内涂聚四氟乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种去除污水厂尾水中雌激素的装置,其特征是,所述溢流井入口处通过管线连接电解区,所述溢流井包括溢出部、剩余部,所述剩余部出口处通过管线连接循环泵,所述溢出部出口通过管线连接出料桶。
3.一种利用权利要求1-2任一项权利要求所述的一种去除污水厂尾水中雌激素的装置去除污水厂尾水中雌激素的方法,其特征是,包括如下步骤:
(1)含雌激素的废水通过蠕动泵流入电解池的底部填充区,流经扩散板进入到电解区;
(2)在电化学作用下,雌激素在直流电流作用下在阳极发生聚合反应被降解;
(3)在设定水力停留时间后处理水排出到溢流井中;
(4)溢出部的水进入出料桶,剩余部的水经循环泵回流至电解池;
(5)玻璃碳阳极经过电化学反应产生臭氧,40~60天后阳极进行电极再生反应。
4. 根据权利要求3所述的去除污水厂尾水中雌激素的方法,其特征是,所述直流电流为0.5 mA或1 mA。
5. 根据权利要求3所述的去除污水厂尾水中雌激素的方法,其特征是,所述水力停留时间为180~240 min。
6. 根据权利要求3所述的去除污水厂尾水中雌激素的方法,其特征是,所述电极再生反应如下式:
O 3+O 3 ¯O 3 ¯ +H 2 O→·OH+ OH¯ + O 2
产生的·OH和阳极表面聚合物发生反应,使聚合物层分解,电极再生。
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