一种石墨烯强化厌氧处理难降解废水的方法
【专利摘要】一种石墨烯强化厌氧处理难降解废水的方法，属于环境工程水处理【技术领域】。其特征是通过污泥预处理和驯化后，在厌氧生物反应器中原位制备石墨烯-厌氧污泥复合体，形成传质和沉降性能均良好的厌氧污泥膨胀床，以强化胞外电子传递性能和厌氧代谢过程，用于提高难降解废水的厌氧水解酸化和产甲烷性能。本发明的效果和益处是石墨烯-厌氧污泥复合体的制备工艺简单、生物活性高、稳定性强，而且该工艺对反应器构型要求低、启动快速、操作简单、能耗少，该方法克服目前酚类废水、染料废水、硝基芳烃废水等难降解废水厌氧处理工艺中存在的诸多弊端。
【专利说明】一种石墨烯强化厌氧处理难降解废水的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境工程中的污水处理【技术领域】，涉及一种石墨烯强化厌氧处理难降解废水的方法。
【背景技术】
[0002]随着工农业的发展，产生了大量的有毒难降解有机物，如芳香化合物及卤代芳烃等等。这些化合物被广泛应用于人们生产和生活中并经过多种途径进入自然环境，呈现长期残留性和高毒性等特点，可引起严重的公众健康和环境问题。有毒难降解污染物废水的处理有物理、化学、生物法及这些方法的组合。其中，生物法具有操作简单、运行成本低，无二次污染的优点，是难降解废水的首选处理技术。难降解有机物经厌氧水解酸化处理可提高其可生化性，有些结构简单的芳香化合物可直接厌氧生物矿化和产甲烷，因此，厌氧生物处理难降解废水具有明显的技术和经济优势。目前常见的难降解废水厌氧处理工艺主要有厌氧活性污泥法、厌氧颗粒污泥法、惰性载体吸附或包埋固定化法等。
[0003]但上述厌氧生物处理工艺中存在的主要问题是:(1)厌氧活性污泥法中，难降解污染物厌氧代谢速率慢、降解率低、耐冲击负荷性能差；(2)包埋固定化微生物颗粒的传质阻力大、机械性能以及生物活性较低、而且制作成本高，严重限制了其大规模应用；(3)惰性载体吸附工艺中，挂膜困难、启动周期长、生物膜易脱落；(4)厌氧颗粒污泥工艺中，反应器启动时间长、颗粒污泥传质阻力较大、稳定性差；有些工艺为了提高传质性能，通过出水回流方式形成的较高上升流速使能耗增加，而且对反应器构型有较高要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对目前常见厌氧生物处理工艺中存在的弊端，提供一种经济、高效的难降解废水厌氧生物处理方 法。
[0005]本发明的技术解决方案是在厌氧生物反应器中原位制备石墨烯-厌氧污泥复合体，形成传质性能和沉降性能均良好的厌氧污泥膨胀床，以强化胞外电子传递性能和厌氧代谢过程，从而提高了难降解废水厌氧水解酸化和产甲烷性能。其具体步骤如下:
[0006]步骤1.污泥预处理
[0007]在厌氧生物反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为3_20g/L，初始pH控制在8-11，温度控制在20-60°C，通过循环泵使污泥在反应器内循环12-48h。
[0008]步骤2.污泥驯化
[0009]污泥驯化初始，难降解废水稀释1-10倍后作为进水，厌氧反应器间歇方式运行；每当进水COD去除率达80%以上时，再逐步加大进水中难降解废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成。污泥驯化期间，温度保持在10_60°C，反应器中溶解氧小于0.5mg/L。
[0010]步骤3.石墨烯-厌氧污泥复合体制备
[0011]污泥驯化完成后，加入片长为l-ΙΟμπι的氧化石墨烯，氧化石墨烯与污泥质量比控制在0.005-0.2，反应器中温度保持在10-60°c，溶解氧小于0.5mg/L,反应18_36h。[0012]步骤4.反应器启动及运行
[0013]石墨烯-厌氧污泥复合体制备完成后，反应器开始连续运行。根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动。
[0014]当反应器稳定运行后，进水中难降解污染物被厌氧去除。
[0015]反应器运行期间,温度保持在10_60°C ,反应器中溶解氧小于0.5mg/L0
[0016]本发明的效果和益处是:
[0017](I)石墨烯-厌氧污泥复合体的制备工艺简单、生物活性高、具有良好的沉降性和稳定性。
[0018](2)该方法对反应器构型要求低、启动快速、操作简单、能耗低。
[0019](3)该方法克服目前难降解废水厌氧处理工艺中存在的诸多弊端，为该类废水提供了一种经济且高效的生物处理技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明提供的石墨烯-厌氧污泥复合体的扫描电镜照片图。
[0021]图2是本发明提供的石墨烯强化厌氧处理硝基苯废水的曲线图。图中纵坐标表示硝基苯浓度，单位为mg/L ;横坐标表示时间，单位为天。一?一代表反应器进水硝基苯浓度；一一代表反应器出水硝基苯浓度。图2表明反应器稳定运行后，硝基苯去除率保持在90%左右。
【具体实施方式】
[0022]下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
[0023]实施例1
[0024]石墨烯强化厌氧处理含酚废水
[0025][I]污泥预处理
[0026]在上流式厌氧污泥床反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为8g/L，初始pH控制在10，温度控制在30±1°C，通过循环泵使污泥在反应器内循环16h。
[0027][2]污泥驯化
[0028]进水组成为苯酚1000mg/L、(NH4)2SO4, Na2HPO4, ΚΗ2Ρ04、微量 CaCl2、MgSO4, FeCl3,COD:N:P = 200:5:lo
[0029]将原进水稀释8倍作为初始进水，反应器间歇方式运行；每当进水COD去除率达80%以上时，再逐步加大进水中苯酚废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成。污泥驯化期间，温度保持在30± I°C,反应器中溶解氧小于0.2mg/L0
[0030][3]石墨烯-厌氧污泥复合体制备
[0031]污泥驯化完成后，加入片长为3-5 μ m的氧化石墨烯，氧化石墨烯与污泥质量比控制在0.075，反应器中温度保持在30±1°C，溶解氧小于0.2mg/L，反应24h。
[0032][4]反应器启动及运行
[0033]石墨烯-厌氧污泥复合体制备完成后，反应器开始连续运行。进水组成为苯酚1000mg/L、(NH4)2S04、Na2HP04、KH2PO4、微量 CaCl2、MgS04、FeCl3, COD:N:P = 200:5:1。
[0034]反应器运行期间，水力停留时间为24h，温度保持在30土1°C，反应器中溶解氧小于 0.2mg/L。
[0035]当反应器稳定运行后，进水中苯酚被厌氧降解。
[0036]实施例2
[0037]石墨烯强化厌氧处理硝基苯废水
[0038][I]污泥预处理
[0039]在上流式厌氧污泥床反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为6g/L，初始pH控制在9，温度控制在30 ± I °C，通过循环泵使污泥在反应器内循环20h。
[0040][2]污泥驯化
[0041]进水组成为硝基苯300mg/L、蔗糖 1000mg/L、(NH4)2S04、Na2HP04、KH2P04、微量CaCl2、MgSO4' FeCl3, COD:N:P = 200:5:1。
[0042]将原进水稀释5倍作为初始进水，反应器间歇方式运行；每当进水COD去除率达80%以上时，再逐步加大进水中硝基苯废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成。污泥驯化期间，温度保持在30±1°C，反应器中溶解氧小于0.2mg/L。
[0043][3]石墨烯-厌氧污泥复合体制备
[0044]污泥驯化完成后，加入片长为3-5 μ m的氧化石墨烯，氧化石墨烯与污泥质量比控制在0.05，反应器中温度保持在30±1°C，溶解氧小于0.2mg/L，反应24h。
[0045][4]反应器启动及运行
[0046]石墨烯-厌氧污泥复合体制备完成后，反应器开始连续运行。进水组成为硝基苯300mg/L、蔗糖 1000mg/L、(NH4)2SO4' Na2HPO4' KH2PO4'微量 CaCl2' MgSO4' FeCl3, COD:N:P =200:5:1。
[0047]反应器运行期间，温度保持在30土 1°C，反应器中溶解氧小于0.2mg/L，水力停留时间为24h。
[0048]当反应器稳定运行后，进水中硝基苯被厌氧去除。
[0049]实施例3
[0050]石墨烯强化厌氧处理偶氮染料废水
[0051][I]污泥预处理
[0052]在上流式厌氧污泥床反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为10g/L，初始pH控制在10，温度控制在30±1°C，通过循环泵使污泥在反应器内循环24h。
[0053][2]污泥驯化
[0054]进水组成为酸性大红GR200mg/L、蔗糖 800mg/L、(NH4)2SO4, Na2HPO4, ΚΗ2Ρ04、微量CaCl2, MgSO4, FeCl3, COD:N:P = 200:5:1。
[0055]将原进水稀释4倍作为初始进水，反应器间歇方式运行；每当进水COD去除率达80%以上时，再逐步加大进水中偶氮染料废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成。污泥驯化期间，温度保持在28 ± I °C，反应器中溶解氧小于0.2mg/L。
[0056][3]石墨烯-厌氧污泥复合体制备
[0057]污泥驯化完成后，加入片长为1-3 μ m的氧化石墨烯，氧化石墨烯与污泥质量比控制在0.06，反应器中温度保持在28±1°C，溶解氧小于0.2mg/L，反应24h。
[0058][4]反应器启动及运行
[0059]石墨烯-厌氧污泥复合体制备完成后，反应器开始连续运行。进水组成为酸性大红 GR200mg/L、蔗糖 800mg/L、(NH4)2SO4, Na2HPO4, ΚΗ2Ρ04、微量 CaCl2、MgSO4, FeCl3, COD:N:P=200:5:lo
[0060]反应器运行期间，温度保持在28土 1°C，反应器中溶解氧小于0.2mg/L，水力停留时间为12h。
[0061]当反应器稳定运行`后，进水中酸性大红GR被厌氧去除。
【权利要求】
1.一种石墨烯强化厌氧处理难降解废水的方法，其特征在于包括以下步骤: (O污泥预处理:在厌氧生物反应器中添加新鲜活性污泥，调节其浓度为3-20g/L，初始pH控制在8-11，温度控制在20-60°C，通过循环泵使污泥在反应器内循环12_48h ； (2)污泥驯化:污泥驯化初始，难降解废水稀释1-10倍后作为进水，厌氧反应器间歇方式运行；每当进水COD去除率达80%以上时，再逐步加大进水中难降解废水比例，进入下一轮驯化，直至驯化完成；污泥驯化期间，温度保持在10-60°C，反应器中溶解氧小于0.5mg/L ； (3)石墨烯-厌氧污泥复合体制备:污泥驯化完成后，加入片长为1-10μ m的氧化石墨烯，氧化石墨烯与污泥质量比控制在0.005-0.2，反应器中温度保持在10-60°C，溶解氧小于 0.5mg/L,反应 18-36h ； (4)反应器启动及运行:石墨烯-厌氧污泥复合体制备完成后，反应器开始连续运行；根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动；当反应器稳定运行后，进水中难降解污染物被厌氧去除；反应器运行期间，温度保持在10-60°C，反应器中溶解氧小于0.5mg/L0`
【文档编号】C02F3/28GK103496785SQ201310486371
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】王竞, 汪迪, 吕红, 柳广飞, 金若菲, 周集体 申请人:大连理工大学