申请日2015.12.30
公开(公告)日2016.05.25
IPC分类号C02F3/30; H01M8/16; C02F103/36; C02F101/30
摘要
含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置及应用方法，本发明属于炼化废水处理领域，它为了解决现有工业废水处理难度大，生物化学处理难且工业废水中能源浪费的问题。该产电脱盐装置在反应器中设置有阳极室、阴极室和脱盐室，阳离子交换膜和阴离子交换膜之间的区域形成脱盐室，在阳极室和阴极室中设置有碳刷。应用方法：一、向阳极室和阴极室中分别注入活性污泥，培养获得初步产电菌;二、反复添加PBS缓冲液和葡萄糖进行驯化培养;三、含乙腈炼化废水的连续产电。本发明将厌氧生物处理和好氧生物处理与MDC工艺相结合，对有毒有害物质处理的同时，整个处理过程不需要外加能量，还能够获得稳定的电能输出，同时对含盐污水脱盐回收。
摘要附图
权利要求书
1.含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置，其特征在于该含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置包括反应器、阳极碳刷(2)、阴极碳刷(6)、阳离子交换膜(5)、阴离子交换膜(3)和曝气装置(10)，反应器中间隔平行设置有阳离子交换膜(5)和阴离子交换膜(3)，阴离子交换膜(3)与反应器的器壁围成阳极室(1)，阳离子交换膜(5)与反应器的器壁围成阴极室(7)，阳离子交换膜(5)和阴离子交换膜(3)之间的区域形成脱盐室(4)，在阳极室(1)中设置有接种了活性污泥的阳极碳刷(2)，在阴极室(7)中设置有接种了活性污泥的阴极碳刷(6)，在阴极室(7)的底部还设置有曝气装置(10)，阳极室(1)的底部开有第一进水口，阳极室(1)的上部开有第一出水口，在阴极室(7)的底部开有第二进水口，阴极室(7)的上部开有第二出水口，脱盐室(4)的底部开有第三进水口，脱盐室(4)的上部开有第三出水口，一号水管(9-1)的一端与第一出水口相连，一号水管(9-1)的另一端与第二进水口相连，二号水管(9-2)的一端与第二出水口相连，二号水管(9-2)的另一端与第三进水口相连通。
2.根据权利要求1所述的含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置，其特征在于阳极碳刷(2)与阴极碳刷(6)通过外置电阻相连。
3.根据权利要求1所述的含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置，其特征在于在阳极室(1)中还设置有参比电极(8)。
4.根据权利要求1所述的含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置，其特征在于在一号水管(9-1)和二号水管(9-2)中均设置有水泵。
5.应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法，其特征在于是按下列步骤实现：
一、向阳极室(1)和阴极室(7)中分别注入活性污泥，然后再向阳极室(1)和阴极室(7)中加入含乙腈炼化废水，阳极室(1)内活性污泥在厌氧密封条件下培养18h～26h，阴极室(7)内活性污泥通过曝气装置(10)在好氧环境下培养18h～26h，排出阳极室(1)和阴极室(7)中的含乙腈炼化废水，得到初步产电菌;
二、采用外电阻将阳极碳刷(2)和阴极碳刷(6)相连，然后向阳极室(1)和阴极室(7)中加入PBS缓冲液和葡萄糖，再向阳极室(1)和阴极室(7)中加入含乙腈炼化废水，开始产生电流输出，每当电压下降时，将阳极室(1)和阴极室(7)中的含乙腈炼化废水排出，然后再注入新的含乙腈炼化废水、PBS缓冲液和葡萄糖，反复更换含乙腈炼化废水、PBS缓冲液和葡萄糖进行驯化培养10天～20天，在阳极室(1)内的阳极碳刷(2)上生成厌氧产电生物膜，阴极室(7)内的阴极碳刷(6)上生成好氧产电生物膜;
三、将含乙腈炼化废水通过第一进水口流入阳极室(1)中，通过阳极碳刷(2)上的厌氧产电生物膜对含乙腈炼化废水进行产电分解，阳极室(1)的出水通过一号水管(9-1)流入阴极室(7)中，阴极室(7)内的曝气装置(10)提供好氧环境，阴极碳刷(6)上的好氧产电生物膜对阳极室(1)的出水进行产电分解，阴极室(7)的出水通过二号水管(9-2)流入脱盐室(4)中进行脱盐处理，出水从脱盐室(4)上的第三出水口流出作为净化后的出水，并在阳极碳刷(2)与阴极碳刷(6)之间收集电能。
6.根据权利要求5所述的应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法，其特征在于步骤二向阳极室(1)和阴极室(7)中加入PBS缓冲液至阳极室(1)和阴极室(7)中PBS缓冲液的浓度为15ppm～30ppm。
7.根据权利要求5所述的应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法，其特征在于步骤二向阳极室(1)和阴极室(7)中加入葡萄糖至阳极室(1)和阴极室(7)中葡萄糖的浓度均为80mg/L～200mg/L。
8.根据权利要求5所述的应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法，其特征在于步骤二反复更换含乙腈炼化废水、PBS缓冲液和葡萄糖进行驯化培养10天～15天。
9.根据权利要求5所述的应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法，其特征在于步骤三中始终控制阴极室(7)中的溶氧量为2mg/L～4mg/L。
10.根据权利要求5所述的应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法，其特征在于步骤三控制阳极室(1)内的水力停留时间为1～4h，控制阴极室(7)内的水力停留时间为1～4h，控制脱盐室(4)内的水力停留时间为1～4h。
说明书
含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置及应用方法
技术领域
本发明属于炼化废水处理领域，具体涉及含乙腈炼化废水处理的方法和装置。
背景技术
环境问题与能源问题制约着人类社会的发展。由于我国工业的不断发展，导致了工业用水量的急剧攀升，这无疑加重了水资源短缺这一危机。在化学工业生产中产生的大量化工废水含有烃类物质以及其它难降解物质，如果不能妥善处置，势必会造成受纳环境的污染，威胁生态环境安全，危害人类及其它生物的健康，因此，化工废水的处理成为始终困扰工业发展与人类生活的难题。与此同时，人类赖以生存的化石能源日渐枯竭，在化石能源的开采利用过程中也加重了环境问题，因此，寻找可持续的清洁能源成为了解决能源危机的一条出路。化工废水在处理的过程中同样需要耗散一定的能源，其中所蕴含的有机物物质被降解转化也成为了一种资源的浪费。因此，化工废水处理与产生能源相结合为化工废水的处理提供了新的思路与发展方向。
生物电化学系统是利用微生物降解有机物，将化学能转化为电能的的电化学装置。微生物脱盐燃料电池(MDC)在阳极室和阴极室之间添加阴离子交换膜与阳离子交换膜，在两极之间形成了脱盐室。在功能上，MDC实现了污染物降解，产电，脱盐的三种功效。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有工业废水处理难度大，生物化学处理难且工业废水中能源浪费的问题，而提供用于含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置及应用方法。
本发明含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置包括反应器、阳极碳刷、阴极碳刷、阳离子交换膜、阴离子交换膜和曝气装置，反应器中间隔平行设置有阳离子交换膜和阴离子交换膜，阴离子交换膜与反应器的器壁围成阳极室，阳离子交换膜与反应器的器壁围成阴极室，阳离子交换膜和阴离子交换膜之间的区域形成脱盐室，在阳极室中设置有接种了活性污泥的阳极碳刷，在阴极室中设置有接种了活性污泥的阴极碳刷，在阴极室的底部还设置有曝气装置，阳极室的底部开有第一进水口，阳极室的上部开有第一出水口，在阴极室的底部开有第二进水口，阴极室的上部开有第二出水口，脱盐室的底部开有第三进水口，脱盐室的上部开有第三出水口，一号水管的一端与第一出水口相连，一号水管的另一端与第二进水口相连，二号水管的一端与第二出水口相连，二号水管的另一端与第三进水口相连通。
本发明应用含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法按以下步骤进行：
一、向阳极室和阴极室中分别注入活性污泥，然后再向阳极室和阴极室中加入含乙腈炼化废水，阳极室内活性污泥在厌氧密封条件下培养18h～26h，阴极室内活性污泥通过曝气装置在好氧环境下培养18h～26h，排出阳极室和阴极室中的含乙腈炼化废水，得到初步产电菌;
二、采用外电阻将阳极碳刷和阴极碳刷相连，然后向阳极室和阴极室中加入PBS缓冲液和葡萄糖，再向阳极室和阴极室中加入含乙腈炼化废水，开始产生电流输出，每当电压下降时，将阳极室和阴极室中的含乙腈炼化废水排出，然后再注入新的含乙腈炼化废水、PBS缓冲液和葡萄糖，反复更换含乙腈炼化废水、PBS缓冲液和葡萄糖进行驯化培养10天～20天，在阳极室内的阳极碳刷上生成厌氧产电生物膜，阴极室内的阴极碳刷上生成好氧产电生物膜;
三、将含乙腈炼化废水通过第一进水口流入阳极室中，通过阳极碳刷上的厌氧产电生物膜对含乙腈炼化废水进行产电分解，阳极室的出水通过一号水管流入阴极室中，阴极室内的曝气装置提供好氧环境，阴极碳刷上的好氧产电生物膜对阳极室的出水进行产电分解，阴极室的出水通过二号水管流入脱盐室中进行脱盐处理，出水从脱盐室上的第三出水口流出作为净化后的出水，并在阳极碳刷与阴极碳刷之间收集电能。
本发明应用连续流生物产电脱盐装置处理含乙腈炼化废水的方法在脱盐室中的阳离子交换膜将阴极室输送过来的含乙腈炼化废水中的阳离子传入阳极室，阴离子交换膜将阴极室输送过来的含乙腈炼化废水中的阴离子传入阴极室，实现脱盐处理并且含乙腈炼化废水经过三次处理后盐浓度降低、水质得到改善;在这一过程中厌氧产电生物膜和好氧产电生物膜能够产生稳定的电流，最终在外置电阻上呈现出稳定的电能输出。
本发明采用微生物脱盐燃料电池(MDC)用于降解含乙腈炼化废水，乙腈属于高浓度高毒性高氨氮有机废水，可生化性较差，同时含盐量较高。本发明在处理含乙腈炼化废水的同时回收能源(电能)，实现了污染物降解，产电，脱盐的三种功效。本发明将厌氧生物处理和好氧生物处理与MDC工艺相结合，对有毒有害物质处理的同时，整个处理过程不需要外加能量，能够获得稳定的电能输出，同时对含盐污水脱盐回收。
本发明能够在启动12～24h后实现电流稳定输出，输出电压稳定在700～800V(结合图2和图3说明)之间。经本发明含乙腈炼化废水处理的连续流生物产电脱盐装置阳极处理后的含乙腈炼化废水原水的COD从1700mg/L降到1000mg/L，乙腈含量从300mg/L降到50mg/L，在通过生物阴极处理后COD从1000mg/L降到500mg/L，乙腈含量从100mg/L降到0mg/L，有机污染物的降解效率较高，并产生稳定的电能输出。