一种印染废水处理装置以及使用该装置处理废水的方法
【专利摘要】本发明属于废水处理领域，公开了一种印染废水处理装置以及使用该装置处理废水的方法。该印染废水处理装置包括阴极室、阳极室、离子交换膜和电源。通过组建双室微生物电解池，阴极室接种活性污泥，并通入染料废水，使微生物得到驯化和繁殖，通过外电源提供不同的外加电压，控制阴极电势，促进阴极形成的专一的具有良好电化学活性的微生物膜。调节废水的pH、水力停留时间、进水的COD浓度等参数后，印染废水在该反应器的阴极室脱色并降解，并最终排出阴极室，偶氮染料的脱色率达到90％以上。
【专利说明】
-种印染废水处理装置从及使用该装置处理废水的方法
技术领域
[0001] 本发明设及水处理领域领域，特别设及一种印染废水处理装置W及使用该装置处 理废水的方法。
【背景技术】
[0002] 印染废水由于水量大、成分复杂、含有大量难降解的有机物等特点，属难处理的工 业废水之一，印染废水的主要处理方法包括物化法、生物法。一方面物化法效果较好但是处 理费用十分昂贵，同时大量使用的化学药剂还会引起二次污污染，另一方面，然而传统的生 物法在处理印染废水时因周期长，脱色率低，使得效果不尽人意。
[0003] 生物电化学系统是一种全新的生物处理技术，是废水处理领域的一个重要发展方 向。微生物电化学系统是使用吸附在1个或者2个电极上的微生物来催化生物阳极的氧化反 应和(或)生物阴极的还原反应。微生物电化学系统主要包括微生物燃料电池和微生物电解 池，其中微生物电解池利用外加电源的存在可W更精确地控制反应器的电化学参数和微生 物的生存环境。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种，W解决现有技术中导致的上述多项缺 陷。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供W下的技术方案：一种印染废水处理装置，包括水 槽、阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室设置在水槽内，阳极室和阴极室相通，两者之间 通过阳离子交换膜隔开，阳极室和阴极室的顶部和底部分别设有阳极室出水口、阴极室出 水口、阳极室进水口和阴极室进水口，阳极室出水口、阴极室出水口、阳极室进水口和阴极 室进水口处设有硅胶管，阳极室和阴极室内分别设有碳刷阳极和碳刷阴极，碳刷阳极和碳 刷阴极通过铁丝与可编程直流电源相连接，阴极室和阳极室顶部为密封盖，密封盖中间位 置设有电极孔，铁丝穿过电极孔。
[0006] 优选的，所述水槽的下方对应阳极室和阴极室设有磁力揽拌器，所述阳极室和阴 极室内对应磁力揽拌器位置设有揽拌子。
[0007] 优选的，所述阴极室内设有参比电极，参比电极通过铁丝与可编程直流电源相连 接。
[0008] 优选的，所述参比电极为氯/氯化银电极，所述的阳极电极和阴极电极的材料为碳 刷。
[0009] 优选的，所述水槽内设有溫控系统，包括溫度计和控溫加热棒。
[0010] 优选的，所述阳极室进水口和阴极室进水口处的硅胶管连接有蠕动累。
[0011] -种使用印染废水处理装置处理印染废水的方法，其特征在于包括W下操作步 骤：
[0012] 步骤1:分别向阴极室和阳极室接种活性污泥，并向阴极室通入染料废水，向阳极 室通入W葡萄糖为基质的憐酸盐缓冲溶液培养液，抑为7--7.4;
[0013] 步骤2:通过每24h更换培养液和染料废水，直到更换培养液和染料废水后，观测到 染料废水脱色，电流稳定，阴极电极和阳极电极稳定挂膜；
[0014] 步骤3:通过调节染料废水的水力停留时间、pH、进水的COD浓度W及外加电压、反 应器溫度实验参数后，系统达到稳定的状态。
[0015] 优选的，所述的可编程直流电源能够提供0V-1.2V之间的电压。
[0016] 优选的，阴极室和阳极室通过水槽内的控溫加热棒控制溫度，反应器的溫度控制 在 25±rC。
[0017] 采用W上技术方案的有益效果是:本发明利用双室的微生物电解池系统处理印染 废水时，阳极电化学活性微生物通过氧化葡萄糖，同时产生电子，电子经外电路传递至阴极 室，阴极的电化学活性微生物利用电子和碳源，在外加电压的作用下克服热力学能垒，使难 降解的降解为简单的有机物或无机物，从而实现印染废水的脱色和处理。
[0018] 本发明采用微生物电解池技术处理印染废水，可W实现印染废水的脱色和毒性削 减;一方面可W避免传统生物处理技术中能源和物质的浪费、二次污染等问题，另一方面可 W避免新兴技术带来的成本昂贵、不易操作等问题;本发明的装置和方法不仅可W用来处 理印染废水，还可W处理其他难W生化处理的废水。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的结构示意图；
[0020] 图2是生物组和非生物组的实验对比图；
[0021 ]图3是接种活性污泥组多天实验图；
[0022] 图4是未接种活性污泥组多天实验图。
[0023] 其中，1--碳刷阴极、2-参比电极、3-阴极室出水口、4一阴极室进水口、5-阴极 揽拌子、6-阳离子交换膜、7-碳刷阳极、8-阳极室出水口、9一阳极室进水口、10-阳极揽 拌子、11--可编程直流电源、12--溫度计、13--水槽、14--控溫加热棒、15--磁力揽拌器、 16-蠕动累、17-阴极室、18-阳极室、19-硅胶管。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0025] 图1出示本发明的【具体实施方式】:一种印染废水处理装置，包括水槽、阳极室和阴 极室，所述阳极室和阴极室设置在水槽内，阳极室和阴极室相通，两者之间通过阳离子交换 膜隔开，阳极室和阴极室的顶部和底部分别设有阳极室出水口、阴极室出水口、阳极室进水 口和阴极室进水口，阳极室出水口、阴极室出水口、阳极室进水口和阴极室进水口处设有娃 胶管，阳极室和阴极室内分别设有碳刷阳极和碳刷阴极，碳刷阳极和碳刷阴极通过铁丝与 可编程直流电源相连接，阴极室和阳极室顶部为密封盖，密封盖中间位置设有电极孔，铁丝 穿过电极孔。
[0026] 水槽的下方对应阳极室和阴极室设有磁力揽拌器，所述阳极室和阴极室内对应磁 力揽拌器位置设有揽拌子。
[0027] 阴极室内设有参比电极，参比电极通过铁丝与可编程直流电源相连接;参比电极 为氯/氯化银电极，所述的阳极电极和阴极电极的材料为碳刷。
[0028] 阴极室和阳极室的体积均为1:1，阴极电极和阳极电极的材料均为碳刷，碳刷经预 处理后，用铁丝与可编程直流电源相连;碳刷预处理方法为，设定马弗炉升溫速度为50°C/ min,并在700°C的溫度下处理60min，W含有5%氨气的氮气作为保护气体。
[0029] 水槽内设有溫控系统，包括溫度计和控溫加热棒；阳极室进水口和阴极室进水口 处的硅胶管连接有蠕动累。
[0030] 蠕动累控制阴极室印染废水和阳极室培养液的水力停留时间；溫度控制系统，在 水槽中注入自来水，设定加热棒溫度为30°C，通过溫度计可W监测水溫变化;磁力揽拌器， 设定转速20化/min，维持阴极液和阳极液的内循环。
[0031] 一种使用印染废水处理装置处理印染废水的方法，其特征在于包括W下操作步 骤：
[0032] 步骤1:分别向阴极室和阳极室接种活性污泥，并向阴极室通入染料废水，向阳极 室通入W葡萄糖为基质的憐酸盐缓冲溶液培养液，抑为7-7.4;
[0033] 步骤2:通过每24h更换培养液和染料废水，直到更换培养液和染料废水后，观测到 染料废水脱色，电流稳定，阴极电极和阳极电极稳定挂膜；
[0034] 步骤3:通过调节染料废水的水力停留时间为2地、抑为7-7.4之间、进水的COD浓度 500-800mg^W及外加电压0.3V、反应器溫度25±2°C后，系统达到稳定的状态，染料废水能 在阴极室实现较好的脱色和处理效果。
[0035] 可编程直流电源能够提供0V-1.2V之间的电压；阴极室和阳极室通过水槽内的控 溫加热棒控制溫度，反应器的溫度控制在25 ± rC。
[0036] 染料废水为合成废水既阴极液。1L阴极的染料废水含量为:0.500g葡萄糖，0.13g KCl，0.31g NH4Cl，6.24g Na肥P04 · 2H20，14.32g 化2HP04 · 12肥0;lml微量金属溶液，lml 维他命溶液，偶氮染料为0.3g刚果红；IL阳极液培养液含量为:0.500g葡萄糖，0.13g KCl， 0.31g NH4Cl，6.24g NaH2P04 · 2肥0，14.32g Na2HP04 · 12H20;lml微量金属溶液，lml维他 命溶液。
[0037] 分别向阴极室和阳极室接种30ml活性污泥，活性污泥取自污水处理厂的二沉池回 流污泥，具有较高的微生物浓度和丰富的微生物种群并向阴极室加满配置的印染废水，向 阳极室加满W葡萄糖为基质的憐酸盐缓冲溶液培养液，采用批处理方式，每24h更换培养 液和印染废水，直到更换培养液和印染废水后，偶氮染料废水持续脱色，电流值稳定，则阴 极电极和阳极电极稳定挂膜，微生物电解池得W稳定启动。
[0038] 具体实施方案一：通过调节染料废水的水力停留时间为24h、pH为7之间、进水的 COD浓度800mg^ W及外加电压0.3V、反应器溫度25°C后，系统达到稳定的状态，染料废水能 在阴极室实现较好的脱色和处理效果。
[0039] 可编程直流电源能够提供1.2V之间的电压；阴极室和阳极室通过水槽内的控溫加 热棒控制溫度，反应器的溫度控制在25°C。该方案刚果红的去除效率达到98.8%。
[0040] 具体实施方案二:通过调节染料废水的水力停留时间为24h、抑为7.2之间、进水的 COD浓度580mg^ W及外加电压0.3V、反应器溫度27°C后，系统达到稳定的状态，染料废水能 在阴极室实现较好的脱色和处理效果。
[0041] 可编程直流电源能够提供0.8V之间的电压；阴极室和阳极室通过水槽内的控溫加 热棒控制溫度，反应器的溫度控制在26°C。该方案刚果红的去除效率达到98.2%。
[0042] 具体实施方案Ξ:通过调节染料废水的水力停留时间为24h、抑为7.4之间、进水的 COD浓度680mg^ W及外加电压0.3V、反应器溫度23°C后，系统达到稳定的状态，染料废水能 在阴极室实现较好的脱色和处理效果。
[0043] 可编程直流电源能够提供1.2V之间的电压；阴极室和阳极室通过水槽内的控溫加 热棒控制溫度，反应器的溫度控制在24°C。该方案刚果红的去除效率达到97.8%。
[0044] 具体实施方案四：更换进水方式为连续流，通过蠕动累控制阴极印染废水和阳极 培养液的水利停留时间为24h，控制进水地为7.4，溫度为25 ± 2°C，刚果红的去除效率达到 90%±1%。
[0045] 具体实施方案五:本实施方案与具体实施方案一不同的是设定可编程直流电源在 微生物电解池两极外加电压为0V，其他步骤及参数与方案一相同。刚果红的去除率仅为 30%±2%
[0046] 具体实施方案六:本实施方案与具体实施方案一不同的是阴极未接种活性污泥。 其他步骤及参数与方案一至Ξ相同。刚果红在其中的去除率仅为26% ±1%。
[0047] 图2至图4是生物组和非生物组的实验对比数据图，生物组:接种了活性污泥;非生 物组:未接种活性污泥;纵坐标为刚果红浓度。
[004引下图为生物组和非生物组的实验数据对比表格。
[0049]
[0050] 本发明利用双室的微生物电解池系统处理印染废水时，阳极电化学活性微生物通 过氧化葡萄糖，同时产生电子，电子经外电路传递至阴极室，阴极的电化学活性微生物利用 电子和碳源，在外加电压的作用下克服热力学能垒，使难降解的降解为简单的有机物或无 机物，从而实现印染废水的脱色和处理。
[0051] W上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本发明 的保护范围。
【主权项】
1. 一种印染废水处理装置，其特征在于，包括水槽、阳极室和阴极室，所述阳极室和阴 极室设置在水槽内，阳极室和阴极室相通，两者之间通过阳离子交换膜隔开，阳极室和阴极 室的顶部和底部分别设有阳极室出水口、阴极室出水口、阳极室进水口和阴极室进水口，阳 极室出水口、阴极室出水口、阳极室进水口和阴极室进水口处设有硅胶管，阳极室和阴极室 内分别设有碳刷阳极和碳刷阴极，碳刷阳极和碳刷阴极通过钛丝与可编程直流电源相连 接，阴极室和阳极室顶部为密封盖，密封盖中间位置设有电极孔，钛丝穿过电极孔。2. 根据权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述水槽的下方对应阳极室 和阴极室设有磁力搅拌器，所述阳极室和阴极室内对应磁力搅拌器位置设有搅拌子。3. 根据权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述阴极室内设有参比电 极，参比电极通过钛丝与可编程直流电源相连接。4. 根据权利要求3所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述参比电极为氯/氯化银 电极，所述的阳极电极和阴极电极的材料为碳刷。5. 根据权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述水槽内设有温控系统， 包括温度计和控温加热棒。6. 根据权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述阳极室进水口和阴极室 进水口处的硅胶管连接有蠕动栗。7. -种使用权利要求1-6任意一项所述印染废水处理装置处理印染废水的方法，其特 征在于包括以下操作步骤： 步骤1:分别向阴极室和阳极室接种活性污泥，并向阴极室通入染料废水，向阳极室通 入以葡萄糖为基质的磷酸盐缓冲溶液培养液，pH为7-7.4; 步骤2:通过每24h更换阳极培养液和阴极的染料废水，直到更换培养液和染料废水后， 观测到阴极染料废水脱色，电流稳定，既阴极电极和阳极电极稳定挂膜； 步骤3:通过调节染料废水的水力停留时间、pH、进水的COD浓度以及外加电压、反应器 温度实验参数后，系统达到稳定的状态。8. 根据权利要求8所述的使用印染废水处理装置处理印染废水的方法，其特征在于，所 述的可编程直流电源能够提供OV-1.2V之间的电压。9. 根据权利要求8所述的使用印染废水处理装置处理印染废水的方法，其特征在于：阴 极室和阳极室通过水槽内的控温加热棒控制温度，反应器的温度控制在25± 1°C。
【文档编号】C02F3/00GK105948221SQ201610454276
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】伍永钢, 鲁正伟, 杨周生
【申请人】安徽师范大学