申请日2017.03.21
公开(公告)日2017.12.15
IPC分类号C02F9/14; C02F3/32; C02F3/34; C02F101/30
摘要
本实用新型公开了一种深度处理工业废水的装置，包括土地渗滤单元1，其特征是，土地渗滤单元由分隔层分隔成下部的生物电芬顿阳极室和上部的生物电芬顿阴极室，生物电芬顿阳极室和生物电芬顿阴极室内填充有不同粒径的砾石与土壤并分别设有石墨电极和复合铁碳电极，石墨电极为阳极、复合铁碳电极为阴极，石墨电极阳极与对应的复合铁碳电极阴极连接，生物电芬顿阳极室设有第一进水口和第一出水口，生物电芬顿阴极室设有第二进水口和排放口，第一出水口与第二进水口连通。这种装置结构简单、稳定性能好，不仅能实现对工业废水中难生物降解有机污染物的高效去除，而且废水处理成本低，并且处理废水的同时又能产生电能，可循环再利用。
权利要求书
1.一种深度处理工业废水的装置，包括土地渗滤单元1，其特征是，土地渗滤单元由分隔层分隔成下部的生物电芬顿阳极室和上部的生物电芬顿阴极室，生物电芬顿阳极室和生物电芬顿阴极室内填充有不同粒径的砾石与土壤并分别设有石墨电极和复合铁碳电极，石墨电极为阳极、复合铁碳电极为阴极，石墨电极阳极与对应的复合铁碳电极阴极连接，生物电芬顿阳极室设有第一进水口和第一出水口，生物电芬顿阴极室设有第二进水口和排放口，第一出水口与第二进水口连通。
2.根据权利要求1所述的深度处理工业废水的装置，其特征是，所述生物电芬顿阴极室种有绿色植物。
3.根据权利要求1所述的深度处理工业废水的装置，其特征是，所述分隔层为顺序叠置的第一生物质炭层、膨润土层和第二生物质炭层。
4.根据权利要求3所述的深度处理工业废水的装置，其特征是，所述生物质炭层为农业废弃物制备所得生物质炭。
5.根据权利要求1所述的深度处理工业废水的装置，其特征是，所述石墨电极阳极与复合铁碳电极阴极的数量相等、为至少2个。
说明书
一种深度处理工业废水的装置
技术领域
本实用新型涉及工业废水深度处理技术，具体是一种利用土地渗滤技术-bioelectro-Fenton耦合技术深度处理工业废水的装置。
背景技术
土地渗滤技术是一种传统的低成本废水处理方法，它充分利用了土地的自净能力，具有基建投资低、运行费用少、抗冲击负荷强、操作管理简便等优点。因此土地渗滤技术特别适合于小型污水处理厂，同时在低碳比有机废水处理中，土地渗滤技术具有独特的优势，因此土地渗滤技术常用于农村污水或工业废水的深度处理。但目前的土地渗滤系统水力负荷与处理效能较低，因此如何进一步提高水力负荷与处理效能，以减少设施用地，是现有土地渗滤工艺亟待突破的一个技术问题。同时伴随着土地处理系统运行时间的延长，土地渗透速率将逐渐下降，发生土地渗滤堵塞，土地渗滤填料堵塞问题。而且还存在着脱氮效率低的缺点。土地渗滤系统脱氮效率低的主要原因有：进水和系统内污水的DO含量过低，不利于硝化细菌和亚硝化细菌的生长;针对土地渗滤系统脱氮效率不高的问题，大部分研究者通过更换填料，强化填料对氨氮的吸附能力和添加机械曝气设备改变系统氧环境的途径来解决，但使得投资费用增加。另一个值得关注的问题是将土地渗滤技术应用于工业废水深度处理时，由于工业废水中含有较多的难生物降解有机物，而单独采用土地渗滤技术对这些有机物难以取得理想的去除效果，这是影响土地渗滤技术在工业废水深度处理领域应用的一个非常关键的问题。
微生物燃料电池(MFC)是通过产电菌代谢可生物降解的有机物，并将代谢产生的电子传递到外电路输出电能，因其独特的能源环境效应而受到了科研人员的广泛关注，但目前微生物燃料电池技术发展的瓶颈仍是其产电能力较低，其中最主要的障碍是分离转化电子的速度太慢而不能供应实际需要的电流量。因此，相对于产电能力，利用微生物燃料电池能降解有机物的特性而在污水处理方面的应用则更易实现，也是最有可能被大规模应用的领域。芬顿(Fenton)、光Fenton、电Fenton等氧化技术作为典型的高级氧化处理方法，具有高效、反应条件温和、设备简单等优点，对于去除水中难生物降解有机污染物具有良好的效果，因此常被人们用于难生物降解废水的预处理或排放标准要求较高的废水的深度处理。但在处理实际废水时，单一Fenton技术处理成本较高，主要是双氧水的价格较高;同时需要不断投加双氧水与铁，运行管理复杂;并且处理的稳定性能有待进一步提高。目前有一些关于微生物燃料电池与Fenton结合的报道，形成了bioelectro-Fenton技术。但bioelectro-Fenton技术如果要实际应用，其处理效能的稳定性难以保障，并且难以进行规模化的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种深度处理工业废水的装置，这种装置结构简单、稳定性能好，不仅能实现对工业废水中难生物降解有机污染物的高效去除，而且废水处理成本低，并且处理废水的同时又能产生电能，可循环再利用。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种深度处理工业废水的装置，包括土地渗滤单元，所述土地渗滤单元由分隔层分隔成下部的生物电芬顿阳极室和上部的生物电芬顿阴极室，生物电芬顿阳极室和生物电芬顿阴极室内填充有不同粒径的砾石与土壤并分别设有石墨电极和复合铁碳电极，石墨电极为阳极，复合铁碳电极为阴极，石墨电极阳极与对应的复合铁碳电极阴极连接，生物电芬顿阳极室设有第一进水口和第一出水口，生物电芬顿阴极室设有第二进水口和排放口，第一出水口与第二进水口连通。
所述生物电芬顿阴极室种有绿色植物，如可种植牧草、苜蓿等，绿色植物的光合作用使绿色植物根系会产生氧气为生物电芬顿阴极室提供氧，保证生物电的阴极正常运行。
所述分隔层为顺序叠置的第一生物质炭层、膨润土层和第二生物质炭层。
所述生物质炭层为农业废弃物如甘蔗渣、木薯渣等制备所得生物质炭。
所述石墨电极阳极与复合铁碳电极阴极的数量相等、为至少2个。
土地渗滤单元中的第一生物质炭层、膨润土层和第二生物质炭层能有效的隔绝经生物电芬顿阴极室处理过后的废水，避免了增加土地渗滤单元的容积负荷。
具体地，废水由第一进水口进入，流经土地渗滤单元过程中与填料砾石、土壤、生物质炭充分接触，发生物理、化学、生物反应从而实现对污染物的吸附与降解，而后废水流到生物电芬顿阳极室，废水中有机物附着在阳极石墨电极氧化分解生成二氧化碳，氢离子和电子，有机物由此被降解;电子则从外电路传到生物电芬顿阴极室复合铁碳电极阴极上，产生电流;经过生物电芬顿阳极室处理过的废水从土地渗滤单元的第一出水口出来后，通过管道传输到生物电芬顿阴极室，在此借助绿色植物光合作用根系提供的氧和生物电芬顿阳极室传递过来的氢离子及外电路传输过来的电子直接传递到复合铁碳电极阴极上并且发生氧还原反应，与氧气结合生成H2O2，H2O2与复合铁碳电极阴极在生物电芬顿阴极室中共存，可产生羟基自由基，实现对废水中难生物降解有机物的深度处理，废水经有效处理后经排放口达标排放。
这种装置将Fenton、微生物燃料电池与传统的自然处理技术相结合，不仅可以降低废水的处理成本，还可拓展Fenton与微生物燃料电池工艺的应用范围。通过这种装置可以实现工业废水的达标排放，特别是含难生物降解物质的工业废水。
这种装置的优点是充分利用了土地渗滤单元中的生物质炭填料，可作为微生物生长的良好载体;并且生物质炭具有比较大的比表面积，可以实现对废水中难生物降解有机物的去除。同时本装置还使土地渗滤单元与MFC、MFC与Fenton进行有机结合，一方面提高了传统土地渗滤技术对难生物降解有机物的去除效能，另一方面为bioelectro-Fenton技术的规模化应用创造了条件，这种装置稳定性能好，不仅能实现对废水中有机污染物的高效去除，废水处理成本低，并且处理废水的同时又能产生电能，可循环再利用。