专利名称：一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法
技术领域：
本发明涉及一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，该方法主要是采用电催化强化微生物还原和氧化难生物降解废水并耦合膜过滤技术而开发的，属于环境保护领域，
背景技术：
随着社会工业的发展，水环境中难降解有机物的处理是环境治理中的难点，针对含难降解有机物的工业废水日渐多样化且生化处理难度加大的趋势，特别是医药废水、印染废水及化工燃料废水等，废水成分复杂、色度大、生物毒性大。常规的生物处理效果差，出水悬浮物含量高。电催化作为一种生物刺激因素，使生物体产生一系列的电场生化效应，对生物体的影响已成为生物物理学和生物化学的重要研究内容，电生物是电催化与生物工程交叉领域的一个重要研究课题，将电催化反应如产热、析氢、析氧、电迁移有效地用于生物反应中，其核心是构成电化学、污染物电子云诱导与微生物新陈代谢的多相耦合过程。负载TiA的碳膜是一种具有微滤/超滤级分离的多孔无机膜，碳基膜是由含碳物质经高温热解制得，将纳米级TiA烧制负载在碳基膜上制成TiO2/碳膜，该TiO2/碳膜具有导电性好、生物相容性好、高分离能力等优点，在电催化和废水膜分离方面具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于将电催化、膜过滤和厌氧及好氧生物处理结合起来，提高电催化微生物体系在难降解有机污染物方面协同强化降解效率，并采用TiO2/碳膜作为电催化的阳极，耦合电生物降解和膜过滤，提供一种在电催化下利用微生物高效、稳定降解难降解有机废水，并通过作为阳极的TiO2/碳膜过滤出水的新方法。、本发明的特征在于反应器通过隔板分为厌氧和好氧两个区域，阴极板放置在厌氧区域中，阴极板采用具有储氢和缓慢释氢(电子)功能的钯或镀钯极板，该区域仅进行搅拌，不曝气；TiO2/碳膜作为阳极放置在好氧区域中，TiO2/碳膜采用负压抽吸出水，该区域进行曝气供氧搅拌，电催化的电源采用直流稳压电源。反应器的厌氧区域处于厌氧的状态，在外电场供氢(电子)的情况下，厌氧微生物透过呼吸作用传递氢(电子)至难降解有机污染物，进行厌氧还原降解，而后废水溢流进入好氧区域，在TiO2/碳膜阳极氧化及生物好氧处理后，经TiO2/碳膜负压抽吸出水，TiO2/碳膜下端封闭，上端与负压抽水泵出水管相连，TiO2/碳膜的外径在5. 0 15mm之间，内径在2 12mm之间，膜的平均孔径在0. 1 0. 4 μ m之间。电催化微生物降解反应器可充分发挥微生物和电催化的耦合作用，且微生物可在厌氧或好氧条件下保持各自的最佳降解环境。电催化电极的电压为1. 5 5V，总水力停留时间在10 20h，反应器的厌氧与好氧区域的水力停留时间比为1 1 3 1。厌氧区域的搅拌强度为2 8w/m3，好氧区域曝气的气水比为5 10 1。本发明的优点在于充分发挥了电生物和膜过滤耦合的优点，采用作为阳极的TiO2/碳膜出水，简化了工艺流程。该方法可使难降解有机废水的COD去除在90%以上，色度去除在95%以上，膜出水提高了固液分离的效率，出水水质稳定。同时TiO2/碳膜作为阳极对有机物造成的膜污染有很好的氧化去除作用，膜污染得到了根本性控制。
图电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的流程示意图1.直流电源 2.反应器厌氧区域 3.反应器好氧区域 4.进水 5.搅拌器 6.隔板溢流7.阴极板8. TiO2/碳膜阳极9.排泥10.负压抽吸出水11.曝气泵
具体实施例方式实施例1 采用电生物膜过滤耦合工艺处理焦化化工有机废水，处理水量15m3/h。该有机废水含有苯酚、氰、氯酚、煤焦油等有机物，COD含量在1500 3000mg/L之间。焦化化工有机废水在反应器中停留时间为10h，厌氧区域和好氧区域水力停留时间均为5h，厌氧区域的微生物浓度在3000 5000mg/L之间，好氧区域的微生物浓度在2000 4000mg/L之间。厌氧区域搅拌功率为150W，好氧区域的曝气的气水比为8 1，阴极板采用钛基镀钯的网状平板极板，采用TiO2/碳膜作为阳极，直流电源所施加的电压为3. 5V。经调试稳定运行后，膜出水水质如下酚< 0. 5mg/L，氰< 0. 2mg/L, COD < 90mg/L, 在调试及近一年的运行中膜通量几乎没有衰减，膜污染得到了很好的控制。该发明为难降解有机废水的高效降解提供了新的方法和思路。实施例2:印染废水处理站的污水含分散蓝离子型染料，色度为300 500倍，COD为300 500mg/L，SS为130mg/L，处理水量为200m7d，B0D/C0D为0. 25，生化性较差。原处理工艺采用混凝沉淀-微生物厌氧降解-微生物好氧降解的流程，出水COD的浓度在100 150mg/L， 出水色度高，不满足环保排放要求。为提高去除效果采用该发明的电生物膜过滤耦合工艺进行改造，在厌氧反应器中安装圆桶型网状钛基镀钯阴极板，在好氧池中安装TiO2/碳膜作为阳极，稳流直流电压提供4. 5V的电压。电催化极板安装完成后，经过一个月的运行调试， 开始进行正常运行，在处理废水流量、水质不变，水力停留时间也不变的情况下进行了水质检测，检测出水水质为出水COD浓度在30 50mg/L，去除率在92%以上，色度在10 15 倍。改造后，废水的处理效率较原工艺提高了近30%，而处理运行费用仅增加5%，膜污染得到了较好的控制，膜通量基本保持稳定。满足了环保的需要和改造要求，且运行稳定。从实施例1和实施例2得出采用本发明的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，对难生物降解废水的处理效果稳定，在处理效果上较传统的微生物方法有较大的提升，同时TiO2/碳膜作为阳极的氧化作用使膜污染得到了很好的控制，该发明可对现有的生物处理工艺进行提升改造以提高处理效率。本发明提出的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的内容进行改动或适当变更与组合，来实现本发明。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的精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，其特征在于反应器通过隔板分为厌氧和好氧两个区域，阴极板放置在厌氧区域中，阴极板采用具有储氢和缓慢释氢(电子)功能的钯或镀钯极板，该区域仅进行搅拌，不曝气，TiO2/碳膜作为阳极放置在好氧区域中，TiO2/碳膜采用负压抽吸出水，该区域进行曝气供氧搅拌。电催化的电源采用直流稳压电源，反应器的厌氧区域处于厌氧的状态，在外电场供氢(电子)的情况下，厌氧微生物透过呼吸作用传递氢(电子)至难降解有机污染物，进行厌氧还原降解。而后废水溢流进入好氧区域，在TiO2/碳膜阳极氧化及生物好氧处理后，经TiO2/碳膜负压抽吸出水， TiO2/碳膜作为阳极对有机物造成的膜污染有很好的氧化去除作用，膜污染得到了根本性控制。TiO2/碳膜下端封闭，上端与负压抽水泵出水管相连，TiO2/碳膜的外径在5.0 15mm 之间，内径在2 12mm之间，膜的平均孔径在0. 1 0. 4 μ m之间。电催化微生物降解反应器可充分发挥微生物和电催化的耦合作用，且微生物可在厌氧或好氧条件下保持各自的最佳降解环境。电催化电极的电压为1. 5 5V，总水力停留时间在10 20h，反应器的厌氧与好氧区域的水力停留时间比为1 1 3 1。厌氧区域的搅拌强度为2 8w/m3，好氧区域曝气的气水比为5 10 1。
2.如权利要求1所描述的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，其特征是电催化的阳极板和阴极板分别设置在同一反应器的厌氧与好氧两个不同区域中。反应器总水力停留时间在10 20h，反应器的厌氧与好氧区域的水力停留时间比为1 1 3 1。厌氧区域的搅拌强度在2 8w/m3，好氧区域的曝气的气水比在5 10 1。
3.如权利要求1所描述的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，其特征是难降解有机废水首先反应器区域，而后通过隔板溢流进入反应器的好氧区域，最后在好氧区域通过TiO2/碳膜负压抽吸出水。
4.如权利要求1所描述的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，其特征是阴极材质为钯或镀钯极板，阴极板形状可为平板型或圆筒型，构造可为网状或板状。 阳极采用TiO2/碳膜，TiO2/碳膜的外径在5. 0 15mm之间，内径在2 12mm之间，膜的平均孔径在0. 1 0. 4 μ m之间。
5.如权利要求1所描述的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，其特征是阴阳极间的电压为1. 5 5V。
6.如权利要求1所描述的一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，其特征是TiO2/碳膜作为电催化阳极，电催化氧化TiO2/碳膜表面有机污染物，对有机物造成的膜污染得到了根本性控制。
全文摘要
该本发明涉及一种电生物膜过滤耦合工艺处理难生物降解废水的方法，本发明的特征在于反应器通过隔板分为厌氧和好氧两个区域，阴极板放置在厌氧区域中，TiO2/碳膜作为阳极放置在好氧区域中，TiO2/碳膜的平均孔径在0.1～0.4μm之间，采用负压抽吸出水。电催化的电压为1.5～5V。总水力停留时间在10～20h，反应器的厌氧与好氧区域的水力停留时间比为1∶1～3∶1。厌氧区域的搅拌强度在2～8w/m3，好氧区域的曝气的气水比在5～10∶1。本发明采用电催化强化微生物还原和氧化难生物降解废水并耦合膜过滤技术而开发的，采用作为阳极的TiO2/碳膜负压抽吸出水，简化工艺流程。同时TiO2/碳膜作为阳极对有机物造成的膜污染有很好的氧化去除作用，膜污染得到了根本性控制。
文档编号C02F3/30GK102491516SQ20111038011
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者张宏伟, 张景丽, 曹占平, 王薇, 解立平 申请人:天津工业大学