一種用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煉化廢水處理領(lǐng)域,具體涉及一種產(chǎn)電脫鹽裝置及其應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境問題與能源問題制約著人類社會的發(fā)展。由于工業(yè)的不斷發(fā)展,導(dǎo)致了工業(yè)用水量的急劇攀升,這無疑加重了水資源短缺這一危機。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量化工廢水含有烴類物質(zhì)以及其它難降解物質(zhì),如果不能妥善處置,勢必會造成受納環(huán)境的污染,威脅生態(tài)環(huán)境安全,危害人類及其它生物的健康,因此,化工廢水的處理成為始終困擾工業(yè)發(fā)展與人類生活的難題。與此同時,人類賴以生存的化石能源日漸枯竭,在化石能源的開采利用過程中也加重了環(huán)境問題,因此,尋找可持續(xù)的清潔能源成為了解決能源危機的一條出路。化工廢水在處理的過程中同樣需要耗散一定的能源,其中所蘊含的有機物物質(zhì)被降解轉(zhuǎn)化也成為了一種資源的浪費。因此,化工廢水處理與產(chǎn)生能源相結(jié)合為化工廢水的處理提供了新的思路與發(fā)展方向。生物電化學(xué)系統(tǒng)是利用微生物降解有機物,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的的電化學(xué)裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明目的是為了解決目前化工廢水處理的過程中存在浪費能源問題,而提供的一種用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置及其應(yīng)用方法。
[0004]—種用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置,它包括陽極室、陽極碳刷、陰離子交換膜、脫鹽室、陽離子交換膜、陰極碳刷、陰極室、參比電極、曝氣裝置、兼性室,電阻,水栗;所述陽極室和陰極室之間設(shè)置脫鹽室;所述陽極室和脫鹽室之間設(shè)置陰離子交換膜,脫鹽室和陰極室之間設(shè)置陽離子交換膜;陽極室內(nèi)設(shè)置有陽極碳刷和參比電極,陽極室底部設(shè)置進水口;脫鹽室上部設(shè)置出水口;陰極室內(nèi)設(shè)置有陰極碳刷,陰極室底部設(shè)置曝氣裝置;陽極室與陰極室通過外置的電阻相連。
[0005]上述用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置的應(yīng)用方法,按以下步驟進行:
[0006]—、培養(yǎng)階段:關(guān)閉水栗,陽極碳刷、陰極碳刷和兼性室中分別接種具有煉化廢水降解能力的活性污泥,然后分別向陽極室、陰極室和兼性室注滿含乙腈煉化廢水,陽極室密封24h,陰極室通過曝氣裝置持續(xù)曝氣24h,兼性室靜止停留24h,然后分別排水;
[0007]二、馴化階段:通過外置的電阻連接陽極碳刷和陰極碳刷,然后向陽極室和陰極室分別加入I3BS緩沖液至濃度為18?22ppm、加葡萄糖至濃度為50?500mg/L,再分別向陽極室、陰極室和兼性室注滿含乙腈煉化廢水,產(chǎn)生電流后每當(dāng)電壓下降至50mV,然后將陽極室、陰極室和兼性室中所有液體倒掉;
[0008]三、重復(fù)操作步驟二10-15天后,陽極室生成厭氧產(chǎn)電生物膜,陰極室生成好氧產(chǎn)電生物膜,兼性室生成兼性厭氧活性污泥;
[0009]打開水栗,采用下進上出的方式進行待處理水的流動;將含乙腈煉化廢水作為待處理水由進水口進入陽極室,水力停留I?4h,陽極室的出水作為兼性室的進水,水力停留I?4h,兼性室的出水作為陰極室的進水,曝氣裝置的進行曝氣,水力停留I?4h,陰極室的出水一部分作為脫鹽室的進水,水力停留I?4h,排出作為最終出水,陰極室的另一部分出水回流至兼性室,24h后外置的電阻呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出,即完成用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽。
[0010]本發(fā)明用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置,采用連續(xù)運行的方式,各室進出水均采取下進上出的方式,含乙腈煉化廢水經(jīng)過陽極室-兼性室-陰極室-脫鹽室依次處理,處理廢水降解有機物并高效脫鹽,實現(xiàn)了對有毒有害物質(zhì)處理的同時,獲得穩(wěn)定的電能輸出,連續(xù)流三段生物產(chǎn)電的運行過程中不需要額外的能力輸入或是高的滲透壓,具有良好的應(yīng)用前景。
[0011]本發(fā)明中脫鹽率可達80%以上,能夠獲得600?830mV的輸出電壓,乙腈的去除率為80%?90%,COD的去除率為50%-90%。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明中用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置的示意圖,其中I表示陽極室、2表示陽極碳刷、3表示陰離子交換膜、4表示脫鹽室、5表示陽離子交換膜、6表示陰極碳刷、7表示陰極室、8表示參比電極、9表示曝氣裝置、10表示兼性室,11表示電阻,12表示水栗;
[0013]圖2為實施例中COD降解情況的曲線圖,其中?表示原水、■表示陽極出水、▲表示兼性出水、?表示陰極出水;
[0014]圖3為實施例中產(chǎn)電的極化曲線圖,其中?表示電壓、▲表示功率密度;
[0015]圖4為本發(fā)明的反應(yīng)原理圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】,還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0017]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1所示,本實施方式用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置,它包括陽極室1、陽極碳刷2、陰離子交換膜3、脫鹽室4、陽離子交換膜
5、陰極碳刷6、陰極室7、參比電極8、曝氣裝置9、兼性室10,電阻11,水栗12;所述陽極室I和陰極室7之間設(shè)置脫鹽室4;所述陽極室I和脫鹽室4之間設(shè)置陰離子交換膜3,脫鹽室4和陰極室7之間設(shè)置陽離子交換膜5;陽極室I內(nèi)設(shè)置有陽極碳刷2和參比電極8,陽極室I底部設(shè)置進水口 ;脫鹽室4上部設(shè)置出水口;陰極室7內(nèi)設(shè)置有陰極碳刷6,陰極室7底部設(shè)置曝氣裝置9;陽極室I與陰極室7通過外置的電阻11相連。
[0018]本實施方式中陽極室I為厭氧環(huán)境,陰極室7內(nèi)設(shè)置曝氣裝置9;兼性室10由厭氧的出水和陰極室7的好氧水回流來保證兼性條件。
[0019]本實施方式中陽極室I,脫鹽室4,陰極室7依次組成的是微生物脫鹽燃料電池(MDC)0
[0020]【具體實施方式】二:本實施方式用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽裝置的應(yīng)用方法,按以下步驟進行:
[0021]—、培養(yǎng)階段:關(guān)閉水栗12,陽極碳刷2、陰極碳刷6和兼性室10中分別接種具有煉化廢水降解能力的活性污泥,然后分別向陽極室1、陰極室7和兼性室10注滿含乙腈煉化廢水,陽極室I密封24h,陰極室7通過曝氣裝置9持續(xù)曝氣24h,兼性室10靜止停留24h,然后分別排水;
[0022]二、馴化階段:通過外置的電阻11連接陽極碳刷2和陰極碳刷6,然后向陽極室I和陰極室7分別加入I3BS緩沖液至濃度為18?22ppm、加葡萄糖至濃度為50?500mg/L,再分別向陽極室1、陰極室7和兼性室10注滿含乙腈煉化廢水,產(chǎn)生電流后每當(dāng)電壓下降至50mV,然后將陽極室1、陰極室7和兼性室10中所有液體倒掉;
[0023]三、重復(fù)操作步驟二10-15天后,陽極室I生成厭氧產(chǎn)電生物膜,陰極室7生成好氧產(chǎn)電生物膜,兼性室10生成兼性厭氧活性污泥;
[0024]打開水栗12,采用下進上出的方式進行待處理水的流動;將含乙腈煉化廢水作為待處理水由進水口進入陽極室I,水力停留I?4h,陽極室I的出水作為兼性室10的進水,水力停留I?4h,兼性室10的出水作為陰極室7的進水,曝氣裝置9的進行曝氣,水力停留I?4h,陰極室7的出水一部分作為脫鹽室4的進水,水力停留I?4h,排出作為最終出水,陰極室7的另一部分出水回流至兼性室10,24h后外置的電阻11呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出,即完成用于含乙腈煉化廢水處理的連續(xù)流三段生物產(chǎn)電脫鹽。
[0025]本實施方式中24h后外置的電阻11呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出,兼性室10完成脫氮排出氮氣,陰極室7排出CO2。
[0026I本實施方式中反應(yīng)原理如圖4所示。
[0027]本實施方式中在陽極室I中處于厭氧環(huán)境下,含乙腈煉化廢水中的有機物在陽極碳刷2表面的產(chǎn)電微生物作用下被降解,并且產(chǎn)生電子放出質(zhì)子,由于質(zhì)子無法穿過陰離子交換膜3,脫鹽室4中的陰離子就會轉(zhuǎn)移到陽極室I中以保持電荷平衡;而產(chǎn)生的電子通過外置的電阻11到達陰極室7,脫鹽室4中的陽離子通過陽離子交換膜轉(zhuǎn)移到陰極室7,最終在外置的電阻11上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電能輸出,實現(xiàn)了連續(xù)流三段生物產(chǎn)電;在這個過程中,脫鹽室4中的進水在沒有外加壓力和電場的條件下進行高效脫鹽,與此同時陽極室I降解含乙腈煉化廢水中的有機物,兼性室10繼續(xù)降解剩余的有機物,脫氮并產(chǎn)生氮氣排出,陰極室7產(chǎn)生CO2排出。
[0028]本實施方式中含乙腈煉化廢水來自大慶油田煉化公司乙腈廢水車間。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】二不同的是,步驟一中具有煉化廢水降解能力的活性污泥來自城市生活污水處理廠二沉池的活性污泥。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】二相同。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式與具體實施方二不同的是,步驟一中具有煉化廢水降解能力的活性污泥的接種量占各室體積的20%?30%。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】二相同。
[0031 ]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】二不同的是,步驟一中具有煉化廢水降解能力的活性污泥的接種量占各室體積的25%。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】二相同。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】二不同的是,步驟一、二和三中含乙腈煉化廢水的COD均為1500?2000mg/L、B0D均為400?600mg/L、氨氮均為300?400π^/1和乙腈含量均為50?200mg/L。