CN1749177A

CN1749177A - 含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置及方法

Info

Publication number: CN1749177A
Application number: CNA2005100144422A
Authority: CN
Inventors: 李鑫钢; 王韬; 姜斌; 黄欣; 孔小松; 刘涉江
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: CN100425543C

Abstract

本发明涉及含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置及方法，本发明包括电生物反应塔，在塔顶部设置有排气口，底部设置有气体分布装置，塔体上下部各至少有一个进液口或排液口，排液口与沉淀池相连，由塔壁和塔心构成一对电极，塔外壁套有绝缘层。最大优点是可以采用多维电极强化电场，从而促进电化学反应的进行和重金属离子的定向移动，催化电极/高效功能微生物群的耦合反应可以使高浓度难降解有机废水经处理后达到国家排放甚至回用标准。本发明装置操作方式灵活，其占地面积小、处理废水浓度范围大，不会产生二次污染，废水经该装置处理后可直接达到国家排放标准。

Description

含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置及方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理技术，特别是含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置及方法。

背景技术

随着现代工业的发展，越来越多的化工产品不断为人类带来更为方便、丰富的物质生活。但与此同时，在这些产品的生产和使用过程中，其所产生许多有机物不但会严重的污染环境，而且很难被生物降解，如苯酚、氯酚、硝基苯、多种染料及其中间体等等。目前国内对这类物质常用混凝降解法、高温氧化降解法、生物降解法、电解降解法等进行处理。其中混凝降解法处理装置对一些污染物能够有效去除，但由混凝剂和污染物形成的沉淀会造成环境污染；高温氧化降解法对反应器材的材质要求较高，在处理较低浓度废水时不够经济适用；由于此类难降解有机物的可生化性(BOD/COD值)低，所以采用传统的生物降解法处理装置处理效果很差；电解降解法装置处理此类废水的原理是利用电解过程所产生的氧化剂(O₂、O₃、OH、ClO^-)或还原剂(H₂、H⁺)等与废水中的难降解有机物进行氧化还原反应，使之转化成易降解的小分子有机物甚至CO₂、H₂O等无机物。

含重金属离子的有机废水主要来源于工业鞣革、颜料生产、家电制造、汽车工业，电镀和一些固体废渣洗涤等，其BOD与COD值严重偏高，一旦排放到自然环境中将极大的破坏生态平衡系统，对此类废水国内目前主要采用絮凝剂絮凝沉淀装置、吸附剂吸附装置等进行处理。微生物反应装置处理废水的机理是依据获得高效功能菌对重金属离子的吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用、共沉淀作用及对pH值的缓冲作用，使金属离子被沉积，经固—液分离，废水被净化。而外直流电场的存在可以促进装置内废水中的重金属离子定向迁移，强化其传递过程并促进与生物膜中复合微生物相互作用，更有利于生物膜吸附。

微生物对重金属离子的反应原理可表述为，在水溶液中，伴随重金属离子的电沉积过程，

阴极主要有三类反应发生：

金属沉积：

氢逸出：或

金属离子还原：

专利CN1295033A和CN1285316A分别采用电解降解法处理难降解有机废水，不仅使废水的COD值大大降低，而且大大提高了电解处理后谁的可生化性(BOD/COD增大)。然而使用中发现，上述装置处理废水时，电流效率相对较低、电极材料腐蚀比较严重。此外，为保证废水能达标排放，电解处理后的废水还需要进行生物处理。专利CN1435379A所述的电生物反应装置能够较好的处理难降解的有机废水，但是从其所列举的实施例子来看，该装置所能处理的难降解有机物浓度较低。

专利CN2114658采用氧化反应塔处理可溶性重金属离子，并可以减少中和剂用量，专利CN1401590用菌丝体表面包覆生物吸附剂，适用于重金属离子含量5～2000ppm的废水处理，其吸附容量能达到30～100mg/g，可重复使用达20次。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述装置存在的不足，而提供一种将电化学反应和微生物代谢耦合为一体的高效率，低运行成本、低能耗、运行稳定的电生物装置。

本发明的含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，包括电生物反应塔，在塔顶部设置有排气口，底部设置有气体分布装置，塔体上下部各至少有一个进液口或排液口，排液口与沉淀池相连，由塔壁和塔心构成一对电极，塔外壁套有绝缘层。

本发明的进液口和排液口是可以互换的，根据情况当采用顺流处理方式时从塔上部进料；采用逆流处理方式时采用塔底进料。

塔顶部排气口可以根据情况改为一个带有排气口的喷淋装置14，同时配置有塔顶进液口4。

本发明的电极是：塔壁7以耐腐蚀金属或活性炭纤维为阴极，塔心9以一管状或棒状普通金属电极或催化电极材料作为阳极；或以耐腐蚀金属棒或管为阴极置于塔心9，以催化电极材料制成阳极塔壁7。

电极材料为石墨、活性碳纤维、不锈钢、钛基—金属氧化物表面改性材质、不锈钢基—金属氧化物表面改性材质或陶瓷基质金属氧化物表面改性材质，表面改性物质包括二氧化铅、二氧化锡，二氧化钌，三氧化二铬、氧化镉、氧化铁、氧化银、镉、镍、铂、钉、铑、钯或其合金。

本发明的对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置的方法，是在塔体内放置载有微生物的固定或流化固相载体8。载有微生物的固定或流化固相载体8为海藻酸钙载体颗粒、活性炭载体颗粒、普通的无机填料载体、有机高分子填料载体、PVA惰性包埋剂载体或以上所述载体改性制成的具有导电性的多维电极填料载体及其混合物。在电生物反应塔6内的填充率为15％-96％。

本发明采用的电源1为低压直流电源或交流电源或脉冲电源。

本发明所提供的重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其最大优点是可以采用多维电极强化电场，从而促进电化学反应的进行和重金属离子的定向移动，催化电极/高效功能微生物群的耦合反应可以使高浓度难降解有机废水经处理后达到国家排放甚至回用标准。本发明装置可大大减少污泥的产量，且运行成本低、能耗低、运行稳定、操作方式灵活的装置，其占地面积小、处理废水浓度范围大，不会产生二次污染，废水经该装置处理后可直接达到国家排放标准。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

其中：1直流电源 2污水池 3蠕动泵 4塔顶进液口 5排气口 6电生物反应塔7塔壁电极 8固定载体 9塔心电极 10绝缘层 11气体分布器 12进气管曝气头13空气压缩机 14喷淋装置 15塔顶进(出)液口 16沉淀池 17取样口 18阀门 19塔底进(出)样口

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本发明：

附图1为本发明的结构示意图，由图可知，在电生物反应塔6顶部设排气口5，并可视情况需要改装为一个带有排气管的喷淋装置14，底部安装一气体分布装置9，塔体上下部各有一个进液口15和排液口19，塔顶进液口4仅配合喷淋工艺使用，排液口19与沉淀池16相连，塔壁以耐腐蚀金属为阴极7，塔心9以一管状或棒状普通金属电极或催化电极材料作为阳极，或以耐腐蚀金属棒或管阴极置于塔心9，而以催化电极材料制成阳极塔壁7，塔外壁套有绝缘层，塔体内放置载有微生物的固定或流化固相载体8。排液口15和排液口19根据情况可以互换，如果是塔底进料，即改为进液口19进液，排液口15与沉淀池16相连。

根据上述的发明装置，具体操作实例和效果如下：

实施例1

本实施例提供的重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其电场由直流电源1提供，电生物反应塔6垂直放置，以不锈钢为塔内壁7作为阴极，外包绝缘层10，以一根不锈钢棒作为阳极置于塔心9，在两级之间填充载有微生物的PVA包埋金属小珠作为固相载体8，该载体在塔内电场作用下构成多维电极，载体8的填充率为90％，空气从电生物反应塔6底部进气管曝气头12经气体分布器11进入该塔，气体从塔顶排气口5排出，污水池2中待处理的电镀废水和沉淀池16中部分回流水经蠕动泵3，再通过塔顶喷淋装置14中的塔顶进液口5滴流进入电生物反应塔6，废水在塔内停留6小时，经处理过的废水由电生物反应塔底部出液口19进入沉淀池16，部分回流，部分排出；即完成电镀废水的处理，处理过程中可以随时打开取样口17处的阀门18，进行取样监测。

用本实施例提供的重金属离子、难降解废水的电生物处理装置处理某电镀厂酸性废水，该类废水pH＝1.67，C(Cr⁶⁺)＝134.2mg/L，C(Zn²⁺)＝41.47mg/L，C(CN^-)＝18.48mg/L。

本实施例对废水的处理效果与单独电化学处理装置、单独微生物处理装置效果比较如下表1：

表1

电化学法			生物法			电生物法
电化学法			生物法			电生物法			去除率％			去除率％			去除率％
Cr⁶⁺	Zn²⁺	CN^-	Cr⁶⁺	Zn²⁺	CN^-	Cr⁶⁺	Zn²⁺	CN^-	去除率％			去除率％			去除率％
Cr⁶⁺	Zn²⁺	CN^-	Cr⁶⁺	Zn²⁺	CN^-	Cr⁶⁺	Zn²⁺	CN^-	72.35	95.66	77.89	98.05	41.11	95.32	99.99	98.54	97.83

实施例2：

本实施例提供的重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置其电场由直流电源1提供，电生物反应塔6垂直放置，以钛基二氧化铅表面改性材质制成塔内壁7作为阳极，塔外壁包绝缘层10，以一根不锈钢棒作为阴极置于塔心9，在两级之间填充载有微生物的PVA包埋金属小珠作为固相载体8，该载体在塔内电场作用下构成多维电极，载体8的填充率为85％，空气从电生物反应塔6底部进气管曝气头12经气体分布器11进入该塔，气体从塔顶排气口5排出，污水池2中待处理的电镀废水和沉淀池16中部分回流水经蠕动泵3，再通过塔底进液管19逆流进入电生物反应塔6，废水在塔内停留24小时，经处理过的废水由电生物反应塔上部出液管15进入沉降池16，部分回流，部分排出；即完成难降解废水的处理，处理过程中可以随时打开取样口17处的阀门18，进行取样监测。

用本实施例提供的重金属离子、难降解废水的电生物处理装置处理以苯酚为模拟污染物的废水，并与单独催化电极法、单独生物法处理该类废水的比较，所处理的模拟废水所含苯酚浓度为1250mg/L，折合COD值为3000mg/L(1g苯酚＝2.4gCOD_苯酚)，废水在反应器中停留时间为24小时，三种方法处理效果如表2：

表2

	生物法	催化电极法	电生物法
	生物法	催化电极法	电生物法	苯酚去除率％(1h)	74.5	54.9	83.9
12h	77.2	63.7	91.6	苯酚去除率％(1h)	74.5	54.9	83.9
12h	77.2	63.7	91.6	18h	81.8	72.0	97.3
24h	83.2	77.1	99.6	18h	81.8	72.0	97.3

实施例3：

本实施例提供的重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其电场由直流电源1提供，电生物反应塔6垂直放置，以钛基二氧化铅表面改性材质制成塔内壁7作为阳极，塔外壁包绝缘层10，以一根不锈钢棒作为阴极置于塔心9，在两级之间填充包埋高效降酚菌的海藻酸钙载体颗粒8，空气从电生物反应塔6底部进气管曝气头12经气体分布器11进入该塔，从而构成放大阳极催化电生物三相流化床，气体从塔顶排气口5排出，污水池2中待处理的电镀废水和沉淀池16中部分回流水经蠕动泵3，再通过塔底进液管19进入电生物反应塔6，经处理过的废水由电生物反应塔上部出液管15进入沉降池16，部分回流，部分排出；即完成难降解废水的处理，，处理过程中可以随时打开取样口17处的阀门18，进行取样监测。

用本实施例提供的重金属离子、难降解废水的电生物处理装置处理含苯酚和Pb²⁺为模拟污染物的废水，并与单独催化电极法、单独生物法处理该类废水的比较，所处理的模拟废水所含苯酚浓度为1000mg/L，折合COD值为2400mg/L，Pb²⁺浓度为30mg/L三种方法处理效果如表3：

表3

方法	生物法		催化电极法		电生物流化床
	生物法		催化电极法		电生物流化床		去除率％		去除率％		去除率％
	时间	苯酚	Pb²⁺	苯酚	Pb²⁺	苯酚	去除率％		去除率％		去除率％		Pb²⁺
1h	时间	苯酚	Pb²⁺	苯酚	Pb²⁺	苯酚	89.3	97.7	71.4	-	98.6	95.3	Pb²⁺
1h	3h	91.3	99.0	84.9	-	99.9	89.3	97.7	71.4	-	98.6	95.3	98.1
6h	3h	91.3	99.0	84.9	-	99.9	92.1	99.2	87.0	-	99.9	98.8	98.1

本发明公开和提出含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置及方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，包括电生物反应塔，其特征在于，在塔顶部设置有排气口，底部设置有气体分布装置，塔体上下部各至少有一个进液口和排液口，排液口与沉淀池相连，由塔壁和塔心构成一对电极，塔外壁套有绝缘层。

2.如权利要求1所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其特征是所述的进液口和排液口可以互换。

3.如权利要求1所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其特征是所述的塔顶部排气口为一个带有排气口的喷淋装置，同时配置有塔顶进液口。

4.如权利要求1所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其特征是所述的一对电极是：塔壁以耐腐蚀金属或活性碳纤维为阴极，塔心以一管状或棒状普通金属电极或催化电极材料作为阳极；或以耐腐蚀金属棒或管为阴极置于塔心，以催化电极材料制成阳极塔壁。

5.如权利要求1所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置，其特征是所述的装置为塔式，电极材料为石墨、活性碳纤维、不锈钢、钛基—金属氧化物表面改性材质、不锈钢基—金属氧化物表面改性材质或陶瓷基质金属氧化物表面改性材质，表面改性物质包括二氧化铅、二氧化锡，二氧化钌，三氧化二铬、氧化镉、氧化铁、氧化银、镉、镍、铂、钌、铑、钯或其合金。

6.如权利要求1所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置的方法，其特征是在塔体内放置载有微生物的固定或流化固相载体。

7.如权利要求6所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置的方法，其特征是所述的载有微生物的固定或流化固相载体为海藻酸钙载体颗粒、活性炭载体颗粒、普通的无机填料载体、有机高分子填料载体、PVA惰性包埋剂载体或以上所述载体改性制成的具有导电性的多维电极填料载体及其混合物。

8.如权利要求6所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置的方法，其特征是所述的载有微生物的固定或流化固相载体在电生物反应塔内的填充率为15％-96％。

9.如权利要求6所述的一种对含重金属离子、难降解有机废水的电生物处理装置的方法，其特征是所述的电极电源为低压直流电源或交流电源或脉冲电源。