一种用生物膜电极技术处理苯酚废水的方法

专利名称：一种用生物膜电极技术处理苯酚废水的方法
技术领域：
本发明涉及苯酚废水的处理方法，特别提供了一种用生物膜电极技术治理 苯酚废水的方法。
背景技术：
酚类化合物是一种原生质毒物，对一切生活个体都有毒杀作用，其中以苯 酚的毒性和污染最为突出。苯酚是造纸、炼焦、炼油、塑料、纺织等工业废水
中的一种常见的有机污染物。水中含酚量〉10mg丄"时，鱼类等水生生物不能生 存含酚量>100 mgl"的水若用于灌溉，必将导致农作物的减产和枯死。美国 环保署把苯酚列入优先污染物和65种有毒污染物名单中，我国也把苯酚列入中 国环境优先污染物黑名单之中。
目前，治理苯酚废水的途径主要有物化法、生物降解法、化学氧化法和
电化学方法。采用物化法处理苯酚废水的优点是设备投资少、占地面积小以
及操作方便，但是通常一次除酚效率不高，达不到排放的标准，须多次处理或 再采用生物化学法处理后，方可排放。生物降解法是最常用的处理苯酚废水的
方法，其优点是设备简单，处理效果好，受气候条件影响小等，缺点是预处 理要求高，运行开支较大。用化学氧化法处理苯酚废水工艺简单、反应速度快、 净化率高，但是该法成本大、处理费用高，且酚类物质不能回收。电化学方法
利用阳极的高电位来降解溶液中的苯酚，但反应受到电极材料及副反应析氧反 应的限制，并且耗电量大。
生物膜电极法是结合生物膜法和电化学法发展起来的。此方法采用固定化 技术将微生物固定在电极表面，形成一层生物膜，然后在低压直流电的作用下 使污染物在生物和电化学的双重作用下得到降解。它作为一种新颖的水处理技 术，充分结合了生物的生命代谢作用和电解法较高的氧化还原能力的优点，具 有高效、经济、管理方便等特点。
Y. Sakakibar等人[Biotech. Bjoeng.， 42， 1993， 535-537]运用分隔式生物 膜反应器对地下水和饮用水中的NCV进行处理。J. R. V. Flora等人[Wat. Sci. Tech.， 11， 1994， 4517-4524]运用阴极与阳极同在一个反应器中的筒型电极生 物膜反应器，对地下水和饮用水中的NO/进行处理。Y. Sakakibar等人[Wat. Res.， 35， 2001， 768-778]运用电极生物膜反应器-复合电极生物膜反应器处理 地下水中的N(V。但是以上运用生物膜电极方法均是只处理含氮的污染物，而 没有运用生物膜电极方法处理其它的有机污染物；Swapna Thomas等人[World J.Microb.Biot， 18， 2002， 57-63]运用生物法降解苯酚，虽然苯酚在一定的条 件下得到了降解，但是该方法预处理要求高，并且当降解出毒性较大的有机物 时，降解效果不理想。
因此，本领域一直在寻找新的处理苯酚废水的方法。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种用生物膜电极技术处理苯 酚废水的方法。其步骤和条件如下 (1)膜电极的培养
将苯酚高效降解菌接种到隔膜式电解槽的阴极中。培养基的选择是通过24h
内苯酚菌对于200mgvL—1 、 300mg.L-1 、 400mg-L" 、 500mg.1/1 、 600mg.1/1 、 700mg七—1 、 800mg丄"不同浓度的苯酚降解效果，选择降解效果最好的100 mg，L"的培养基。通以5mA的电流，每3d测一次苯酚浓度，待苯酚分解完后， 再加入同等量的苯酚。培养两周后，降解苯酚的生物膜电极形成。
(2) 生物膜电极法降解苯酚实验
苯酚的生物膜电极降解实验在隔膜式电解槽中进行。自制Ti/Pb02氧化物涂 层阳极，生物膜电极作为阴极，阴\阳极面积均为3.0x3.0cm2， pH值为6 7，恒 温水浴槽，温度控制在35士rC，恒电流电解。实验溶液为苯酚+(NH4)2S042.0 g丄"+MgS04().2 g'L"+无水CaCl2 0.1 g'L"+K2HP04 0.5 g.L"+NaH2P04 0.5 g'L"， 电流5mA。在电解2、 4、 6、 8和16h后取样，进行苯酚浓度、化学需氧量(COD) 的测定。
(3) 苯酚浓度以及化学需氧量(COD)的测定
苯酚的浓度采用HPLC分析检测(用日本岛津高效液相色谱仪LC10AVP， 1501111^4.6111111(:18反相柱；流动相，25%甲醇+75%缓冲溶液(0.0511101丄-1 Na2HP04
+ 0.05mol'L-1NaH2PO4， pH=7);流速(l^ml'min"，柱温40。C))。 COD按重铬 酸钾标准方法(GB-11914-89)，用化学需氧量分析仪(上海精密仪器有限公司 COD-571型)测定。
本发明采用的生物膜电极法降解苯酚废水的速度快，效率高且能耗低。这 充分显示了传统的生物技术与电化学技术结合降解污染物既经济又高效的优 点。因此，采用生物膜电极方法降解废水中难生物降解的有机污染物拥有较好 的效果。本发明表明，在35"C条件下，采用生物膜电极方法降解苯酚，提高了 有机物污染物的降解效率，同时降低了电能耗，且在降解过程COD值也随之减 少。本发明为寻找一条高效、经济、绿色的炼油废水处理方法提供了重要的基 础。
具体实施方式
实施例1
取O.lg-L1的苯酚与2.0 g'U1的(NH4) 2S04 、 0,2g.L"的MgS04、 0.1 g-L" 的无水CaCl2、 0.5 g丄"的K2HP04 、 0.5 g丄"的NaH2P04混合，组成实验溶液。 苯酚的生物膜电极降解实验在隔膜式电解槽中进行。自制Ti/Pb02氧化物涂层阳 极，生物膜电极作为阴极，阴\阳极面积均为3.0x3.0cm2， pH值为6 7，恒温水 浴槽，温度控制在35士rC，通以5mA的电流，进行恒电流电解。在电解2、 4、 6、 8和16h后取样，进行苯酚浓度、化学需氧量(COD)的测定。结果发现在 隔膜式电解槽中苯酚的降解，其中阴极(生物膜)在5mA的电流作用下苯酚在 16小时的降解效率就达到100%，比起其它方法，本方法降解苯酚的速度快，降
解效率高，而且能耗低。对于100mg/L的苯酚原样，COD值为278mg/L，在隔 膜式电解槽中苯酚的降解，阴极(生物膜)在5mA电流的作用下16小时的COD 值为37mg/L，采用生物膜电极方法降解苯酚，有机物去除效果高。
实施例2
取0.2g.U1的苯酚与2.0 g.L"的(NH4) 2S04、 0.2g.L'1的MgS04、 0.1 g.U1 的无水CaCb、 0.5 g'L"的K2HP04 、 0.5 g'L"的NaH2P04混合，组成实验溶液。 苯酚的生物膜电极降解实验在隔膜式电解槽中进行。自制Ti/Pb02氧化物涂层阳 极，生物膜电极作为阴极，阴\阳极面积均为3.0x3.0cm2， pH值为6 7，恒温水 浴槽，温度控制35士rC，通以5mA的电流，进行恒电流电解。在电解2、 4、 6、 8和16h后取样，进行苯酚浓度的测定。结果发现在有隔膜电解槽中苯酚的降解， 当苯酚的浓度增加200mg/L时，在阴极(生物膜)5mA电流的作用下苯酚在16 小时的降解效率也达到100%，比起其它方法，本方法降解苯酚的速度快，降解 效率高，最主要的一点就是能耗低。
实施例3
取0.3g.L/1的苯酚与2.0 g.L'1的(丽4) 2S04 、 0.2g.L"的MgS04、 0.1 g丄" 的无水CaCl2、 0.5 g丄"的K2HP04 、 0.5 g1/1的NaH2P04混合，组成实验溶液。 苯酚的生物膜电极降解实验在隔膜式电解槽中进行。自制Ti/Pb02氧化物涂层阳 极，生物膜电极作为阴极，阴\阳极面积均为3.0x3.0cm2， pH值为6 7，恒温水 浴槽，温度控制35士rC，通以5mA的电流，进行恒电流电解。在电解2、 4、 6、 8和16h后取样，进行苯酚浓度的测定。结果发现在有隔膜电解槽中苯酚的降解，
当苯酚的浓度增加300mg/L时，在阴极(生物膜)5mA电流的作用下苯酚在16 小时的降解效率也达到76%，这表明本发明生物膜电极在处理苯酚废水时，当 浓度升高时降解效率会降低，这是由于高浓度的苯酚会抑制苯酚降解细菌的生 长，因此本发明是用于低浓度下苯酚废水的降解，但是对于低浓度的苯酚废水 本发明有着低能耗、降解效率快的优点。
实施例4
取0.1g'L"的苯酚与2.0g.L"的(NH4) 2S04、 0.2g'I/1的MgS04、 0.1 g'I/' 的无水CaCl2、 0.5 g.L"的K2HP04 、 0.5 g'L"的NaH2P04混合，组成实验溶液。 苯酚的生物膜电极降解实验在隔膜式电解槽中进行，自制Ti/Pb02氧化物涂层阳 极，生物膜电极作为阴极，阴\阳极面积均为3.0x3.0cm2， pH值为6 7，恒温水 浴槽，温度控制35士rC，通以2mA的电流，进行恒电流电解。在电解2、 4、 6、 8和16h后取样，进行苯酚浓度的测定。结果发现在有隔膜电解槽中苯酚的降解， 其中阴极(生物膜)在2mA的电流作用下苯酚在16小时的降解效率就达到 100%，比起其它方法，本方法降解苯酚的速度快，降解效率高，而且能耗低。 这表明本发明的生物膜电极方法降解苯酚废水，只要通以微弱的电流就能使苯 酚废水得到降解，消耗的电量较小比起其它方法，在工业上有很强的应用性， 经济效益高。
实施例5
取O.lg.L1的苯酚与2.0 g丄"的(NH4) 2S04 、 0.2g.L"的MgS04、 0.1 g丄" 的无水CaCl2、 0.5 g'L"的K2HP04 、 0.5 g丄'1的NaH2P04混合，组成实验溶液。苯酚的生物膜电极降解实验在隔膜式电解槽中进行。自制Ti/Pb02氧化物涂层阳
极，生物膜电极作为阴极，阴\阳极面积均为3.0x3.0cm2， pH值为6 7，恒温水 浴槽，温度控制35士rC，通以10mA的电流，进行恒电流电解。在电解2、 4、 6、 8和16h后取样，进行苯酚浓度的测定。结果发现在有隔膜电解槽中苯酚的 降解，其中阴极(生物膜)在10mA的电流作用下苯酚在16小时的降解效率就 达到90%。这表明本发明的生物膜电极方法降解苯酚废水，当电流升高时，苯 酚的降解效率略有下降，这表明本发明在低电流下的降解效果好，高电流会抑 制苯酚的降解。
权利要求
1.一种用生物膜电极技术处理苯酚废水的方法，其特征在于使苯酚废水通过生物膜电极反应器进行处理；所述反应器中，将苯酚高效降解菌接种到隔膜式电解槽的阴极中，培养两周后，降解苯酚的生物膜电极形成，以此作为反应器的阴极。
2. 按照权利要求1所述的方法，其中处理100 300mg丄"的苯酚废水。
3. 按照权利要求1所述的方法，其中，在35"C下，采用生物膜电极方法降 解苯酚，提高了有机物污染物的降解效率，同时降低了电能耗，且在降解过程 COD值也随之减少。
全文摘要
本发明提供了一种用生物膜电极技术处理苯酚废水的方法，其包括使苯酚废水通过生物膜电极反应器进行处理；在所述反应器中，将苯酚高效降解菌接种到隔膜式电解槽的阴极中，培养两周后，降解苯酚的生物膜电极形成，以此作为反应器的阴极，处理浓度为100～300mg·L^-1的苯酚废水。本发明可以使低浓度的苯酚废水在低电流的条件下进行处理，达到国家要求的排放标准，并且能耗低。
文档编号C02F1/461GK101177313SQ20071005632
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者张雪娜, 林海波, 黄卫民 申请人:吉林大学