申请日2016.08.24
公开(公告)日2017.01.04
IPC分类号C02F9/14; H01M8/16
摘要
本发明公开了一种工业废水的净化处理系统，主要用于对工业废水中的COD(化学需氧量)进行净化处理。该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、微生物氧化电池‑COD分解发电装置、硝化反应池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池。本系统创造性的利用了希瓦氏菌能够氧化分解有机物而产生生物电能的特性，将附着有希瓦氏菌菌株的微生物电极作为阴极，并将二氧化钌电极作为阳极，当有充足的氧气存在时，希瓦氏菌可通过其生化反应将溶液中的有机物氧化分解并产生自由电子、二氧化碳和水，从而达到分解去除废水中有机物的目的。同时，微生物电极和二氧化钌电极在溶液中形成原电池效应，可使自由电子定向运动，从而产生可被利用的电流。
摘要附图
权利要求书
1.一种工业废水的净化处理系统，主要用于对工业废水中的COD进行净化处理，其特征在于，该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、微生物氧化电池-COD分解发电装置、硝化反应池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池等;其中，含有COD的工业废水通过废水管线进入集水井，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，pH值调节池的出口通过废水管线连接微生物氧化电池-COD分解发电装置，微生物氧化电池-COD分解发电装置的出口通过废水管线连接硝化反应池，硝化反应池的出口通过废水管线连接生物脱氮池，生物脱氮池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过处理后的净化出水外排;其中，微生物氧化电池-COD分解发电装置的左侧下部设有进水阀门，右侧上部设有排水阀门，底部并排安装有4支氧气曝气头，中间位置安装有1组微生物半透膜，装置中央偏左、右的位置分别安装有1支希瓦氏菌微生物电极和1支二氧化钌电极，2支电极分别由导线连接至位于装置顶部的稳压装置，稳压装置输出端口设有电力输出导线，装置顶端左侧设有二氧化碳废气排口，装置左侧靠近顶端位置安装有1支高液位报警器。
2.根据权利要求1所述的工业废水的净化处理系统，其特征在于，经过pH值调节处理后(处理后pH值为4.5~5.5)的含有COD的工业废水通过位于微生物氧化电池-COD分解发电装置左侧下部的进水阀门进入装置内部，位于装置底部的4支氧气曝气头开始工作，向废水中通入高纯度的氧气以增加其中的溶解氧含量，附着于希瓦氏菌微生物电极(阴极)表面的希瓦氏菌菌株会发生生物氧化反应，将废水中的有机物氧化分解并产生自由电子、二氧化碳和水，从而达到去除废水中COD的目的，经过本装置净化处理后的废水，通过装置右侧上部的排水阀门排出本装置，并进入下一处理工序;其中，由于装置中间存在1组微生物半透膜，使得希瓦氏菌等微生物无法通过，避免对二氧化钌电极(阳极)造成腐蚀污染;其中，希瓦氏菌在生化反应过程中所释放的二氧化碳，可通过位于装置顶端左侧的二氧化碳废气排口排出本装置。
3.根据权利要求1所述的工业废水的净化处理系统，其特征在于，微生物氧化电池-COD分解发电装置的有效容积为320m3，其氧气曝气头的工作电压为42V，能够产生直径为0.6mm的气泡，其使用寿命可达8500h以上。
4.根据权利要求1所述的工业废水的净化处理系统，其特征在于，微生物氧化电池-COD分解发电装置，其希瓦氏菌微生物电极采用铜镍合金骨架，铜、镍含量分别为87.2%和12.8%，其二氧化钌电极采用铜芯镀二氧化钌结构，二氧化钌镀层厚度为0.8mm。
5.根据权利要求1所述的工业废水的净化处理系统，其特征在于，微生物氧化电池-COD分解发电装置，其稳压装置的输入电压范围为0~245V，额定输出功率为1.2kW。
说明书
一种工业废水的净化处理系统
技术领域
本发明涉及一种去除工业废水中COD的净化处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
随着我国经济的发展和人口的增长，以及大量工业废水不达标外排，绝大部分生活废水不经处理直接排放，广大农村地区不合理使用化肥、农药等农用化学物质，使江河源水严重污染，造成环境质量恶化。我国主要流域长江、黄河、松花江、珠江、淮河63.1%的河段超过地面水三类标准，失去了饮用水功能，其中四类水质为18.3%，五类水质为7.1%，劣五类水质为37.7%。近年来，研究发现水中有机化学污染物共有2221种，这些有机化学物质的污染对人体健康影响引起了全世界的广泛关注。
化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质(一般为有机物)的氧当量。因此，化学需氧量通常作为衡量水中有机物质含量多少的指标，化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数，也是我国水污染物排放总量控制计划中最重要的控制指标之一。
含有高浓度COD的工业废水一般是由造纸、皮革及食品等行业排出的COD浓度大于4000mg/L的废水。根据工业废水COD的性质和来源，可以将其分为3类：第1类为不含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水，如食品工业废水;第2类为含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水，如部分化学工业和制药业废水;第3类为含有害物质且不易生物降解的高浓度有机废水，如有机化学合成工业和农药废水。高浓度有机废水具有浓度高、成分复杂、有毒有害的特点，未经处理直接排入水体，会使水体环境受到严重污染。
目前，现有的工业废水COD处理方法包括化学法、生物法和物理化学法三种。
(1)化学法处理COD的优点是设备费用低、处理效果好、操作简单;缺点是需要不断向废水中投放化学药剂，其运行费用高，常用于处理成分复杂的废水。
(2)生物化学法处理COD的优点是去除溶解或胶体有机物的效率较高、出水水质较好、污泥的沉降性能好;缺点是运行管理较复杂、会产生污泥膨胀现象、对原水水质要求高、环境温度适应性差、占地面积较大等。
(3)物理化学法处理COD的优点是处理效果好、适应性强，但其设备费用高、操作复杂、对操作人员要求较高。
由于上述传统治理方法均存在一定的缺点，因此，有必要摆脱现有的治理技术路线，开辟出处理工业废水COD的新途径，进而开发一种全新形式的工业废水COD处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种工业废水的净化处理系统，主要用于对工业废水中的COD进行净化处理。该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、微生物氧化电池-COD分解发电装置、硝化反应池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池等;其中，含有COD的工业废水通过废水管线进入集水井，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，在此去除废水中的大直径固体物质，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，在此进一步去除废水中的不溶物质，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，废水在此进行pH值的精确调节，pH值调节池出水的pH值范围为4.5~5.5，以满足微生物氧化电池-COD分解发电装置的入水pH值要求，pH值调节池的出口通过废水管线连接微生物氧化电池-COD分解发电装置，微生物氧化电池-COD分解发电装置的出口通过废水管线连接硝化反应池，在此将废水中各种含氮物质氧化成硝态氮，以利于后端生物脱氮池的除氮净化工序，硝化反应池的出口通过废水管线连接生物脱氮池，在此将废水中的硝态氮通过生物氧化作用加以分解去除，生物脱氮池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，在此将废水中的剩余不溶物质全部除去，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排;其中，微生物氧化电池-COD分解发电装置外壳采用硬质玻璃钢材质，其左侧下部设有进水阀门，右侧上部设有排水阀门，底部并排安装有4支氧气曝气头，中间位置安装有1组微生物半透膜，装置中央偏左、右的位置分别安装有1支希瓦氏菌微生物电极(阴极)和1支二氧化钌电极(阳极)，2支电极分别由导线连接至位于装置顶部的稳压装置，稳压装置输出端口设有电力输出导线，装置顶端左侧设有二氧化碳废气排口，装置左侧靠近顶端位置安装有1支高液位报警器;经过pH值调节处理后(处理后pH值为4.5~5.5)的含有COD的工业废水通过位于微生物氧化电池-COD分解发电装置左侧下部的进水阀门进入装置内部，位于装置底部的4支氧气曝气头开始工作，向废水中通入高纯度的氧气以增加其中的溶解氧含量，附着于希瓦氏菌微生物电极(阴极)表面的希瓦氏菌菌株会利用废水中的溶解氧，自身发生生物氧化反应，将废水中的有机物氧化分解并产生自由电子、二氧化碳和水，从而达到去除废水中COD的目的，经过本装置净化处理后的废水，通过装置右侧上部的排水阀门排出本装置，并进入下一处理工序;其中，由于装置中间存在1组微生物半透膜，使得希瓦氏菌等微生物无法通过，避免对二氧化钌电极(阳极)造成腐蚀污染;其中，希瓦氏菌微生物电极(阴极)和二氧化钌电极(阳极)会在废水中形成原电池效应，可使自由电子定向运动，从而产生可被利用的电流，该电流经过导线导入位于装置顶端的稳压装置中，并经电力输出导线输送至用电器处;其中，希瓦氏菌在生化反应过程中所释放的二氧化碳，可通过位于装置顶端左侧的二氧化碳废气排口排出本装置;其中，pH值调节池的作用是将经过一次沉淀的废水pH值调节至4.5~5.5，以满足微生物氧化电池-COD分解发电装置的入水pH值要求;其中，硝化反应池的作用是将废水中各种含氮物质氧化成硝态氮，以利于后端生物脱氮池的除氮净化工序;其中，生物脱氮池的作用是将废水中的硝态氮通过生物氧化作用加以分解去除。
其中，微生物氧化电池-COD分解发电装置的有效容积为320m3，其氧气曝气头的工作电压为42V，能够产生直径为0.6mm的气泡，其使用寿命可达8500h以上。
其中，微生物氧化电池-COD分解发电装置的希瓦氏菌微生物电极采用铜镍合金骨架，铜、镍含量分别为87.2%和12.8%，其二氧化钌电极采用铜芯镀二氧化钌结构，二氧化钌镀层厚度为0.8mm。
其中，微生物氧化电池-COD分解发电装置的稳压装置的输入电压范围为0~245V，额定输出功率为1.2kW。
通过本系统处理后的废水，其COD的去除效率可达99.6%。
本发明的优点在于：
(1)本系统摆脱了现有的工业废水中COD的处理技术思路，创造性的利用了希瓦氏菌能够氧化分解有机物而产生生物电能的特性，将附着有希瓦氏菌菌株的微生物电极作为阴极，并将二氧化钌电极作为阳极，当有充足的氧气存在时，希瓦氏菌可通过其生化反应将溶液中的有机物氧化分解并产生自由电子、二氧化碳和水，从而达到分解去除废水中有机物的目的。
(2)同时，微生物电极和二氧化钌电极在溶液中形成原电池效应，可使自由电子定向运动，从而产生可被利用的电流，能够在经过稳压后导出，可供工业或民用电器使用，从而实现了变废为宝，减少了发电过程所造成的环境污染。
(3)本系统采用了先进的微生物电极净化处理技术，无需使用任何有毒有害化学物质，从而避免了引入危害更大的化学物质的风险。
(4)本系统技术路线先进，能够达到理想的净化效果，运行维护成本较低，有利于大范围推广应用。