申请日2017.06.21
公开(公告)日2017.08.22
IPC分类号C02F3/00; C02F3/30; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38
摘要
利用生物电化学反应器系统去除偶氮染料混合污染废水的方法,本发明涉及偶氮染料混合污染废水的处理方法。本发明是要解决现有的厌氧生物法对偶氮染料废水处理速度慢、效率低及物理化学方法成本高的技术问题要。本方法：一、生物电化学反应器系统的搭建;二、生物电化学反应器系统的污泥培养和驯化;三、生物电化学反应器系统的运行。本发明的反应器出水COD、无机氮和偶氮染料的去除率分别可达到89%、75%、92%，可有效去除含有偶氮染料的混合污染废水，可用于在污水处理工程中。
权利要求书
1.利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、生物电化学反应器系统的搭建：生物电化学反应器系统由反应器壳体(1)、隔板(2)、二沉池(3)、第一回流泵(4)、第二回流泵(5)和可调直流电源(6)组成;隔板(2)将壳体(1)分成厌氧池(1-1)、好氧池(1-2);隔板(2)下部有过水孔(2-1);在厌氧池(1-1)中设置有搅拌器(1-1-1)和一对电极(1-1-2);电极(1-1-2)与可调直流电源(6)相连;厌氧池(1-1)的一侧侧壁下端设置进水口(1-1-3)与硝化液回流口(1-1-4)、上端设置污泥回流口(1-1-5);在好氧池(1-2)中设置曝气装置1-2-1;在好氧池(1-2)一侧侧壁下端设置硝化液出口(1-2-2)，上端设置出水口(1-2-3);二沉池(3)上端设置入水口(3-1)和溢水口(3-2)，在下端连有排泥管(3-3);第一回流泵(4)设置在好氧池(1-2)硝化液出口(1-2-2)和厌氧池(1-1)硝化液回流口(1-1-4)之间的管道上;第二回流泵(5)设置在二沉池(3)的排泥管(3-3)和厌氧池(1-1)污泥回流口(1-1-5)之间的管道上;
二、生物电化学反应器系统的污泥培养和驯化：
a、按葡萄糖的浓度为1.0g/L、茜素黄R的浓度为0.04g/L、NH4Cl的浓度为0.04g/L、KNO3的浓度为0.07g/L、维生素液的浓度为0.5ml/L、矿质元素液的浓度为0.1ml/L的比例配制驯化配水，再按驯化配水与活性污泥的体积比为1：(9～10)将驯化配水与活性污泥加入到反应器壳体(1)内，将厌氧池(1-1)加盖板密封，开启搅拌器(1-1-1)，通过曝气装置1-2-1向好氧池(1-2)内曝气24～26h;
b、将驯化配水经进水口(1-1-3)通入厌氧池(1-1)中，然后经过过水孔(2-1)进入好氧池(1-2)中，好氧池(1-2)底部的液体经硝化液出口(1-2-2)、第一回流泵(4)回流至厌氧池(1-1)中;从好氧池(1-2)出水口(1-2-3)流出的水进入二沉池(3)，经沉淀后，清水从溢水口(3-2)流出，部分污泥经第二回流泵(5)回流至厌氧池1中，剩余污泥从排泥管(3-3)排出;运行时间为7～10天;在运行期间，硝化液回流体积比从400%～500%逐步降低至300%，污泥回流体积比从100%～120%逐步降低至50%，水力停留时间从20～24h逐步降低至9h;
c、保持硝化液回流比为300%、污泥回流比为50%、水力停留时间为9h不变，将驯化配水中茜素黄R的浓度按每天增加0.005～0.01g/L的速度逐渐加大，直至茜素黄R的浓度达到0.1g/L;
d、保持生物电化学反应器系统的硝化液回流比为300%、污泥回流比为50%、水力停留时间为9h、茜素黄R的浓度为0.1g/L不变，连续测定出水的COD和茜素黄R浓度，当出水的COD和茜素黄R的浓度达到稳定，完成反应器启动;
三、生物电化学反应器系统的运行：
将完成启动的生物电化学反应器系统中的驯化配水替换成待处理的偶氮染料混合污染废水，将电极(1-1-2)接通直流电源(6)，利用可调直流电源将电压从V1=0.1V开始，按每天0.1V的增幅逐步增大至V2=0.5～1.5V;然后在保持电压为V2的同时控制硝化液回流比为300%、污泥回流比为50%、水力停留时间为9h，运行生物电化学反应器系统，完成偶氮染料混合污染废水的处理。
2.根据权利要求1所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二a中其中维生素液是由维生素H 2.0mg、叶酸2.0mg、盐酸吡哆醇10.0mg、硫胺素5.0mg、核黄素5.0mg、烟酸5.0mg、D-泛酸钙5.0mg、维生素B12 0.1mg、对氨基苯甲酸5.0mg、硫辛酸5.0mg和1L蒸馏水混合而成的溶液。
3.根据权利要求1或2所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二a中矿质元素液是由次氮基三乙酸1.5g、MgSO4·7H2O3.0g、MnSO4·H2O 0.5g、NaCl 1.0g、FeSO4·7H2O 0.1g、CoCl2·6H2O 0.1g、CaCl2 0.1g、ZnSO4·7H2O 0.1g、CuSO4·5H2O 0.01g、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g、H3BO3 0.01g、Na2MoO4·2H2O 0.01g和1L蒸馏水混合而成的溶液。
4.根据权利要求1或2所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二b中硝化液回流体积比的降低速度是每天降低10%～29%。
5.根据权利要求1或2所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二b中污泥回流体积比的降低速度是按每天降低5%～10%。
6.根据权利要求1或2所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二b中水力停留时间的降低速度是每天降低1.1h～2.2h。
7.根据权利要求1或2所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二d中COD的浓度达到稳定是指连续三天之内COD的去除率的变化率小于2%。
8.根据权利要求1或2所述的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法，其特征在于步骤二d中茜素黄R的浓度达到稳定是指连续三天之内茜素黄R的去除率的变化率小于2%。
说明书
利用生物电化学反应器系统去除偶氮染料混合污染废水的方法
技术领域
本发明涉及偶氮染料混合污染废水的处理方法。
技术背景
印染废水，尤其是含有偶氮染料的废水，具有排放量大、有机物含量高、生物毒性大、色度高的特点，其处理一直是水处理领域的重点和难点。降低含偶氮染料废水的色度是处理染料废水的关键环节，利用生物和化学方法可以有针对性的破坏染料的发色及助色基团，使染料脱色，同时，染料脱色产物的生物毒性也大大降低，实现染料废水脱色脱毒的目的。其中，厌氧生物法是处理含偶氮染料废水的主要工艺技术，厌氧微生物利用水中的有机底物作为碳源的过程中，向偶氮基团(-N=N-)提供电子，使其偶氮键断裂还原。厌氧生物工艺具有成本低、环境友好的特点，但也存在反应速度慢，效率低、占地面积大的弊端。而利用物理化学方法虽然可以快速高效的使染料废水脱色，但高额的成本也使物理化学法难以大规模应用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有的厌氧生物法对偶氮染料废水处理速度慢、效率低及物理化学方法成本高的技术问题，而提供利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法。
本发明的利用电刺激厌氧-好氧连续流反应装置去除偶氮染料混合污染废水的方法按以下步骤进行：
一、生物电化学反应器系统的搭建：生物电化学反应器系统由反应器壳体、隔板、二沉池、第一回流泵、第二回流泵和可调直流电源组成;
隔板将壳体分成厌氧池、好氧池;隔板下部有过水孔;
在厌氧池中设置有搅拌器和一对电极;电极与可调直流电源相连;厌氧池的一侧侧壁下端设置进水口与硝化液回流口、上端设置污泥回流口;
在好氧池中设置曝气装置;在好氧池一侧侧壁下端设置硝化液出口，上端设置出水口;
二沉池上端设置入水口和溢水口，在下端连有排泥管;
第一回流泵设置在好氧池硝化液出口和厌氧池硝化液回流口之间的管道上;
第二回流泵设置在二沉池的排泥管和厌氧池污泥回流口之间的管道上;
二、生物电化学反应器系统的污泥培养和驯化：
a、按葡萄糖的浓度为1.0g/L、茜素黄R的浓度为0.04g/L、NH4Cl的浓度为0.04g/L、KNO3的浓度为0.07g/L、维生素液的浓度为0.5ml/L、矿质元素液的浓度为0.1ml/L的比例配制驯化配水，再按驯化配水与活性污泥的体积比为1：10将驯化配水与活性污泥加入到反应器壳体内，将厌氧池加盖板密封，开启搅拌器，通过曝气装置向好氧池内曝气24～26h;
b、将驯化配水经进水口通入厌氧池中，然后经过过水孔进入好氧池中，好氧池底部的液体经硝化液出口、第一回流泵回流至厌氧池中;从好氧池出水口流出的水进入二沉池，经沉淀后，清水从溢水口流出，部分污泥经第二回流泵回流至厌氧池中，剩余污泥从排泥管排出;运行时间为7～10天;在运行期间，硝化液回流体积比从400%～500%逐步降低至300%，污泥回流体积比从100%～120%逐步降低至50%，水力停留时间从20～24h逐步降低至9h;
c、保持硝化液回流比为300%、污泥回流比为50%、水力停留时间为9h不变，将驯化配水中茜素黄R的浓度按每天增加0.005～0.01g/L的速度逐渐加大，直至茜素黄R的浓度达到0.1g/L;
d、保持生物电化学反应器系统的硝化液回流比为300%、污泥回流比为50%、水力停留时间为9h、茜素黄R的浓度为0.1g/L不变，连续测定出水的COD和茜素黄R浓度，当出水的COD和茜素黄R的浓度达到稳定，完成反应器启动;
三、生物电化学反应器系统的运行：
将完成启动的生物电化学反应器系统中的驯化配水替换成待处理的偶氮染料混合污染废水，将电极接通可调直流电源，利用可调直流电源将电压从V1=0.1V开始，按每天0.1V的增幅逐步增大至V2=0.5～1.5V;然后在保持电压为V2的同时控制硝化液回流比为300%、污泥回流比为50%、水力停留时间为9h，运行生物电化学反应器系统，完成偶氮染料混合污染废水的处理。
本发明的反应装置及废水处理方法是通过在传统厌氧-好氧工艺的厌氧段外加电压刺激促进微生物还原，使含偶氮染料混合污染废水中COD、无机氮和偶氮染料同步去除。在生物还原方法的基础上，通过输入很小的外加电场，为微生物提供额外还原力，刺激微生物的胞外电子传递效率，来达到强化微生物还原偶氮染料，实现偶氮染料的快速还原和矿化的目的。本发明采用传统厌氧-好氧工艺与生物电化学系统耦合促进含偶氮染料混合污染废水的处理效果，需要两个过程：(1)微生物培养驯化;(2)外加电场刺激。对外加电场刺激下厌氧-好氧工艺的降解效率进行定量定性分析，实现同步去除COD、无机氮和偶氮染料。本发明所采用的方法对出水COD、无机氮和偶氮染料的去除率分别可达到90%、88%、87%，相对于传统的物理、化学、生物处理方法，具有效率高、能耗低、可规模化生产的特点。为解决污水处理中对含偶氮染料混合污染废水处理问题提供了一种方法。